霍尔信号的消失调结构及方法与流程

本发明涉及磁传感器信号处理，更具体地涉及一种霍尔信号的消失调结构及方法。

背景技术：

1、霍尔元件是霍尔传感器的重要组成部分之一，是传感器电磁转换功能实现的关键，应用范围十分广泛。

2、霍尔元件可以近似看做矩形电阻，如图1所示，霍尔元件有四个端口，按顺时针方向分别命名为a、b、c和d，将不同方向的失调等效成阻值各不相同的电阻，假设da、ab、dc、cb之间的等效电阻分别为r1、r2、r3和r4。理想情况下的霍尔元件是完全对称的，各方向的阻值也相等，即r1＝r2＝r3＝r4，无论外界施加的电流的方向如何改变，所生产的感应电压是完全相等的。但是，由于工艺、应力等多方面的影响，霍尔元件的内部电阻不可能完全对称，即r1≠r2≠r3≠r4，随机在其两端口施加固定电压或电流时，生成的霍尔信号不一定完全相等，即具有偏差，这个偏差可以认为是一种失调，其偏差量为失调电压vos。

3、失调电压的计算方法如下：若磁场方向垂直于图1平面由内向外，在磁场中，电子受到洛伦兹力作用，电子偏移的方向为负相端，因此：

4、若电流方向a→c，则bd间失调电压为：

5、

6、若电流方向d→b，则ac间失调电压为：

7、

8、若电流方向b→d，则ca间失调电压为

9、

10、若电流方向c→a，db间失调电压为：

11、

12、由上述式子可以看出，vosbd＝vosdb，vosac＝vosca。

13、失调电压vos会对最终的输出造成影响，且失调为不可控量，当霍尔信号增量足够小时会使结果不可控，造成错误逻辑。因此，消除霍尔信号的失调是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种霍尔信号的消失调结构及方法，以消除霍尔信号的失调。

2、基于上述目的，本发明一方面提供一种霍尔信号的消失调结构，包括双霍尔处理结构、仪表放大器和储能结构，所述双霍尔处理结构具有第一输出端和第二输出端，所述双霍尔处理结构的第一输出端与所述仪表放大器的同相输入端相连，所述双霍尔处理结构的第二输出端与所述仪表放大器的反相输入端相连；所述储能结构包括第一输入端、第二输入端、第三输出端和第四输出端，所述储能结构的第一输入端与所述仪表放大器的正相输出端相连，所述储能结构的第二输入端与所述仪表放大器的反相输出端相连；所述双霍尔处理结构用于产生霍尔电压信号，霍尔电压信号经过仪表放大器后存储在所述储能结构中，所述储能结构用于消除霍尔电压信号的失调，并通过所述第三输出端和所述第四输出端输出消除失调后的霍尔电压。

3、进一步地，所述双霍尔处理结构包括第一霍尔元件、第二霍尔元件和八个开关，其中，所述第一霍尔元件具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第二霍尔元件具有第五端口、第六端口、第七端口和第八端口；所述第一端口与第一开关s1的第一端相连，所述第二端口与第二开关s2的第一端相连，所述第三端口与第三开关s3的第一端相连，所述第四端口与第四开关s4的第一端相连；所述第五端口与第五开关的第一端相连，所述第六端口与第六开关s6的第一端相连，所述第七端口与第七开关s7的第一端相连，所述第八端口与第八开关s8的第一端相连；所述第一开关s1的第二端、所述第二开关s2的第二端、所述第五开关s5的第二端和所述第六开关s6的第二端相互连接并形成为所述双霍尔处理结构的第一输出端；所述第三开关s3的第二端、所述第四开关s4的第二端、所述第七开关s7的第二端和所述第八开关s8的第二端相互连接并形成为所述双霍尔结构的第二输出端。

4、进一步地，所述储能结构包括第一电容c3、第二电容c4和六个开关，其中，第九开关s9的第一端与第十开关s10的第一端相互连接并形成为所述储能结构的第一输入端，第十一开关s11的第一端与第十二开关s12的第一端相互连接并形成为所述储能结构的第二输入端；第十开关s10的第二端分别与所述第一电容c3的第一端、第十三开关s13的第一端以及所述第一电容c3的第二端相连；第十一开关的第二端分别与第一电容c3的第一端、第十四开关s14的第一端和所述第一电容c3的第二端相连；第九开关s9的第二端、第十三开关s13的第二端和所述第二电容c4的第一端相互连接并形成为所述储能结构的第三输出端；第十二开关s12的第二端、第十四开关s14的第二端和所述第二电容c4的第二端相互连接并形成为所述储能结构的第四输出端。

5、进一步地，所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件完全相同。

6、进一步地，所述第一电容c3和所述第二电容c4的电容值相同。

7、进一步地，所述第一开关s1至所述第十四开关s14的参数均相同。

8、本发明另一方面提供一种霍尔信号的消失调方法，包括以下步骤：

9、提供一种如上所述的霍尔信号的消失调结构；

10、在第一个时钟信号，在第一霍尔元件的第一端口至第三端口以及第二霍尔元件的第八端口至第六端口同时接通大小相等的电流信号或电压信号，并使磁场方向为由内向外固定不变；同时将第二开关s2、第四开关s4、第五开关s5和、第七开关s7、第十开关s10和第十一开关s11导通，第一开关s1、第三开关s3、第六开关s6、第八开关s8、第九开关s9、第十二开关s12、第十三开关s13和第十四开关s14断开，以使第一霍尔元件和第二霍尔元件产生的霍尔电压信号经过仪表放大器放大后存储在第一电容c3中；

11、在第二个时钟信号，在第一霍尔元件的第二端口至第四端口以及第二元件的第七端口至第五端口同时接通大小相等的电流信号或电压信号，并将第一开关s1、第三开关s3、第六开关s6、第八开关s8、第九开关s9和第十二开关s12导通，第二开关s2、第四开关s4、第五开关s5、第七开关s7、第十开关s10、第十一开关s11、第十三开关s13和第十四开关s14断开，以将第一霍尔元件和第二霍尔元件产生的霍尔电压信号经过仪表放大器放大后存储在第二电容c4中；

12、在第三个时钟信号，将第九开关s9、第十开关s10、第十一开关s11和第十二开关s12断开，并将第十三开关s13和第十四开关s14导通，以使第电容c3和第二电容c4反向并联进行电荷中和，并通过第三输出端和第四输出端输出消除失调后的霍尔电压信号。

13、进一步地，在第一个时钟信号，存储在第一电容c3中的电荷量满足如下关系式：

14、

15、其中，qc3为第一电容的电荷量，c3为第一电容的电容值，a为仪表放大器的增益，vhall1b1d1为第一霍尔元件的第二端和第四端之间的感应电压，vos1b1d1为第一霍尔元件的第二端和第四端之间的失调电压，vhall2a2c2为第二霍尔元件的第五端和第七端之间的感应电压，vos2a2c2为第二霍尔元件的第五端和第七端之间的失调电压。

16、进一步地，在第二个时钟信号，存储在第二电容c4中的电荷量满足如下关系式：

17、

18、其中，qc4为存储在第二电容c4中的电荷量，vhall1c1a1为第一霍尔元件的第三端和第一端之间的感应电压，vos1c1a1为第一霍尔元件的第三端和第一端之间的失调电压，vhall2d2b2为第二霍尔元件的第八端和第六端之间的感应电压，vos2d2b2为第二霍尔元件的八端和第六端之间的失调电压。

19、进一步地，进行电荷中和后的电荷量为：

20、

21、其中，c＝c3＝c4为第一电容和第二电容的电容值，vhall1b1d1为第一霍尔元件的第二端和第四端之间的感应电压，vhall1a1c1为第一霍尔元件的第一端和第三端之间的感应电压。

22、本发明的霍尔信号的消失调处理结构及方法，采用两个霍尔元件，在第一时钟信号内向两个霍尔元件同时流入大小相同的电流并产生电压信号，电压信号经过仪表放大器后存储在第一电容c3中，然后再第二时钟信号内向两个霍尔元件流入相反的电流并产生电压信号，电压信号经过仪表放大器后存储在第二电容c4中，最后在第三时钟信号内将第一电容c3和第二电容c4中的电荷中和，从而消除霍尔元件和仪表放大器的失调。