一种减小霍尔电流旋转时产生残余误差的方法及电路与流程

本发明涉及霍尔传感器领域，具体涉及一种减小霍尔电流旋转时产生残余误差的方法及电路。

背景技术：

1、在霍尔传感器中，为了消除霍尔元件自身的失配和低频噪声对霍尔传感器输出的影响，通常会采用霍尔电流旋转技术。这种技术是指通过在霍尔元件的对角两端子之间依次施加霍尔偏置电压或偏置电流，并同时检测与之正交的另外两个端子间产生的霍尔感应电压，以表征与霍尔元件垂直的磁场磁通密度。霍尔电流旋转技术本质上为一种斩波稳定技术，霍尔电流旋转频率/斩波频率与霍尔传感器的带宽成正比。然而，随着霍尔传感器高速化的趋势，霍尔电流旋转频率也在不断提高，从而增加了霍尔元件自身的寄生电阻和寄生电容引起的延时影响。

2、霍尔电流旋转技术可采用不同相位旋转（例如2/4/8/16相位），此处以2相旋转为例作为说明。图1为2相旋转的霍尔电流旋转示意图。图2为图1所示的霍尔元件上端子a-d的电压以及霍尔元件感应出的电压的波形图。其中，vsense为霍尔元件感应出的电压，称为霍尔感应电压，该霍尔感应电压与垂直于霍尔元件的磁场的磁通密度呈正比。然而，在实际情况中，霍尔元件存在寄生电阻r和寄生电容c，如图3所示，它们形成时间常数τ=rc。在每次电流发生旋转（开关切换）后，vsense误差从（vhi-vlo-vh）以指数形式逐渐收敛到0，其中vh为理想情况下的霍尔感应电压。实际上，霍尔元件的寄生电阻和寄生电容构成一个一阶低通网络，每次电流旋转时，霍尔元件各端子的电压实际呈现一阶系统的阶跃响应特性，每次电流旋转后霍尔元件四个端子需要经历一定时间才能达到新的稳定态。结合图2所示，灰色波形是理想的电压波形，黑色是存在寄生电阻和寄生电容的电压波形，两者之间的百分比误差以exp(-t/rc)速度减小，由此rc乘积越大，收敛到理想值所需要的时间就越长。例如，当时间经过3τ时，误差减小到约5%以下；当时间经过7τ时，误差减小到约0.1% 以下。

3、当霍尔电流旋转频率较低时，有足够的时间使误差衰减到可以忽略的范围。但随着霍尔电流旋转频率越来越高，在一个开关周期结束时，残余的误差将变大而不可忽略，如此，导致这部分残余的误差与霍尔元件感应到的霍尔感应电压无法区分的问题，并最终会成为霍尔传感器输出的误差，从而影响霍尔传感器的输出信号的准确度。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种减小霍尔电流旋转时产生残余误差的方法及电路，通过在预设时间段内引入第一预设电压及第二预设电压，以减小霍尔元件在电流旋转开关周期结束时的残余误差。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种减小霍尔电流旋转时产生残余误差的方法，应用于霍尔元件，其中所述霍尔元件包括偏置输入端子和感应输出端子，所述方法包括：

3、霍尔电流开始旋转相位时, 通过在预设时间段内，对所述感应输出端子施加第一预设电压，使所述感应输出端子的电压从第一当前稳态电压快速转化为第一新稳态电压；其中，所述第一新稳态电压与所述第一预设电压相匹配；并

4、确定所述偏置输入端子的偏置类型，其中所述偏置类型为电流偏置时，通过在所述预设时间段内，对所述偏置输入端子施加第二预设电压，使所述偏置输入端子的电压从第二当前稳态电压快速转化为第二新稳态电压；其中，所述第二新稳态电压与所述第二预设电压相匹配。

5、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

6、进一步，所述感应输出端子包括第一感应输出端子和第二感应输出端子；霍尔电流开始旋转相位时,通过在预设时间段内，对所述感应输出端子施加第一预设电压，使所述感应输出端子的电压从第一当前稳态电压快速转化为第一新稳态电压; 其中，所述第一新稳态电压与所述第一预设电压相匹配中，具体包括：

7、若所述第一感应输出端子的第一当前稳态电压为高稳态电压，相应所述第二感应输出端子的第一当前稳态电压为低稳态电压，则霍尔电流开始旋转相位时，通过在所述预设时间段内，对所述第一感应输出端子和所述第二感应输出端子同时施加中间稳态电压，使所述第一感应输出端子的电压从所述高稳态电压快速转换为所述第一新稳态电压，及使所述第二感应输出端子的电压从所述低稳态电压快速转换为所述第一新稳态电压；其中，所述第一新稳态电压与所述中间稳态电压相匹配。

8、进一步，对所述第一感应输出端子和所述第二感应输出端子同时施加中间稳态电压中，具体包括：

9、采用第一开关，在所述预设时间段内，将所述第一感应输出端子与所述第二感应输出端子短接。

10、进一步，所述感应输出端子包括第一感应输出端子和第二感应输出端子；霍尔电流开始旋转相位时,通过在预设时间段内，对所述感应输出端子施加第一预设电压，使所述感应输出端子的电压从第一当前稳态电压快速转化为第一新稳态电压; 其中，所述第一新稳态电压与所述第一预设电压相匹配中，具体包括：

11、若所述第一感应输出端子的所述第一当前稳态电压为中间稳态电压，相应所述第二感应输出端子的第一当前稳态电压为中间稳态电压，则霍尔电流开始旋转相位时，通过在所述预设时间段内，对所述第一感应输出端子施加高稳态电压，同时对所述第二感应输出端子施加低稳态电压，使所述第一感应输出端子的电压从所述中间稳态电压快速转换为所述第一新稳态电压，及使所述第二感应输出端子的电压从所述中间稳态电压快速转换为所述第一新稳态电压；其中，所述第一感应输出端子的所述第一新稳态电压与所述高稳态电压相匹配；所述第二感应输出端子的所述第一新稳态电压与所述低稳态电压相匹配。

12、进一步，在所述预设时间段内对所述第一感应输出端子施加高稳态电压，同时对所述第二感应输出端子施加低稳态电压中，具体包括：

13、在所述预设时间段内，采用第二开关将所述第一感应输出端子和所述第二感应输出端子共同接入预设共模电压；

14、其中，所述预设共模电压为在霍尔电流旋转相位内所述第一感应输出端子的霍尔感应电压和所述第二感应输出端子的霍尔感应电压的稳态值的平均值。

15、进一步，所述偏置输入端子包括第一偏置输入端子和第二偏置输入端子；确定所述偏置输入端子的偏置类型，其中所述偏置类型为电流偏置时，在所述预设时间段内，对所述偏置输入端子施加第二预设电压，使所述偏置输入端子的电压从第二当前稳态电压快速转化为第二新稳态电压；其中，所述第二新稳态电压与所述第二预设电压相匹配中，具体包括：

16、若所述第一偏置输入端子的第二当前稳态电压为高稳态电压，相应所述第二偏置输入端子的第二当前稳态电压为低稳态电压时，通过在所述预设时间段内，对所述第一偏置输入端子和所述第二偏置输入端子同时施加中间稳态电压，使所述第一偏置输入端子的电压从所述高稳态电压快速转换为所述第二新稳态电压，及使所述第二偏置输入端子的电压从所述低稳态电压快速转换为所述第二新稳态电压；其中，所述第二新稳态电压与所述中间稳态电压相匹配。

17、进一步，通过在所述预设时间段内，对所述第一偏置输入端子和所述第二偏置输入端子同时施加中间稳态电压中，具体包括：

18、在预设时间段内，采用第三开关和第一电压源，将所述第一偏置输入端子接入中间稳态电压；并

19、采用第四开关和第二电压源，将所述第二偏置输入端子接入中间稳态电压。

20、进一步，所述偏置输入端子包括第一偏置输入端子和第二偏置输入端子；确定所述偏置输入端子的偏置类型，其中所述偏置类型为电流偏置时，在所述预设时间段内，对所述偏置输入端子施加第二预设电压，使所述偏置输入端子的电压从第二当前稳态电压快速转化为第二新稳态电压；其中，所述第二新稳态电压与所述第二预设电压相匹配中，具体包括：

21、若所述第一偏置输入端子的第二当前稳态电压为中间稳态电压，相应所述第二偏置输入端子的第二当前稳态电压为中间稳态电压时，通过在所述预设时间段内，对所述第一偏置输入端子施加高稳态电压，同时对所述第二偏置输入端子施加低稳态电压，使所述第一偏置输入端子的电压从所述中间稳态电压快速转换为所述第二新稳态电压，及使所述第二偏置输入端子的电压从所述中间稳态电压快速转换为所述第二新稳态电压；其中，所述第一偏置输入端子的所述第二新稳态电压与所述高稳态电压相匹配，所述第二偏置输入端子的所述第二新稳态电压与所述低稳态电压相匹配。

22、进一步，通过在所述预设时间段内，对所述第一偏置输入端子施加高稳态电压，同时对所述第二偏置输入端子施加低稳态电压中，具体包括：

23、在预设时间段内，采用第五开关和第三电压源，将所述第一偏置输入端子接入高稳态电压；并

24、采用第六开关和第四电压源，将所述第二偏置输入端子接入低稳态电压。

25、基于上述一种减小霍尔电流旋转时产生残余误差的方法，本发明还提供一种减小霍尔电流旋转时产生残余误差的电路。

26、一种减小霍尔电流旋转时产生残余误差的电路，应用于霍尔元件，其中所述霍尔元件包括偏置输入端子和感应输出端子。所述电路包括：

27、第一预设电压电路，连接所述感应输出端子，用于霍尔电流开始旋转相位时,并在预设时间段内，对所述感应输出端子施加第一预设电压，使所述感应输出端子的电压从第一当前稳态电压快速转化为第一新稳态电压；其中，所述第一新稳态电压与所述第一预设电压相匹配；

28、第二预设电压电路，连接所述偏置输入端子，用于在所述偏置输入端子的偏置类型为电流偏置时，并在所述预设时间段内，对所述偏置输入端子施加第二预设电压，使所述偏置输入端子的电压从第二当前稳态电压快速转化为第二新稳态电压；其中，所述第二新稳态电压与所述第二预设电压相匹配。

29、本发明的有益效果是：在本发明一种减小霍尔电流旋转时产生残余误差的方法及电路中，虽然霍尔元件的寄生电阻/电容无法被改变，但在霍尔电流开始旋转相位时,通过在预设时间段内，对霍尔元件的感应输出端子施加第一预设电压，使感应输出端子的电压从第一当前稳态电压快速转化为第一新稳态电压，且该第一新稳态电压与第一预设电压相匹配；同时，对霍尔元件的偏置输入端子施加第二预设电压，使偏置输入端子的电压从第二当前稳态电压快速转化为第二新稳态电压，且该第二新稳态电压与第二预设电压相匹配。另外，由于霍尔电流旋转周期内，预设时间段相对很小，因而感应输出端子和偏置输入端子的电压状态能够在很短时间内从当前稳态转化为新稳态，随之，在预设时间段结束时，霍尔感应电压的残余误差初始值显著减小，进而在预设时间段结束后的一段时间内，霍尔感应电压的残余误差初始值以指数形式收敛到零的时间相应显著减少,从而使霍尔电流旋转周期结束时，霍尔感应电压的残余误差也明显减小，由此避免霍尔感应电压的残余误差成为霍尔传感器最终输出的误差。相较于现有技术，本发明能够有效且迅速减小霍尔感应电压的残余误差，从而提高霍尔传感器的输出准确度，特别适用于高频率的霍尔电流旋转情况。