[发明专利]一种单片式锁存型霍尔传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种单片式锁存型霍尔传感器。

背景技术

近年来，直流无刷电机在航空航天系统、国防军事装备、科学仪器、工业自动化装备、医疗器械、家电民用消费产品等领域中的应用越来越广泛，被认为是21世纪最有发展前途和广泛应用前景的电子控制电机。霍尔传感器作为其中的核心部件，其作用也越来越明显，很大程度上，霍尔传感器的性能直接决定了直流无刷电机的品质。

半导体技术的发展给高集成度的单片式霍尔传感器制作带来了可能，但是由于半导体制作过程以及芯片封装工艺中一些不可避免的因素，会导致霍尔传感器存在较高的固定失调电压，失调电压往往会达到几毫伏至几十毫伏；另外，信号放大电路由于器件失配等因素也会引入固定失调电压，这个电压也在毫伏级别；而采用半导体工艺制作的霍尔传感器灵敏度往往只有0.1mV/mT左右，所以，如果不采用特殊的电路方法将这个失调电压去除，霍尔信号则会淹没在失调电压中，造成信号无法读出。

美国专利US7425821提出了一种采用斩波技术消除霍尔传感器和放大器失调电压的方法，其原理基于斩波技术，采用二次调制方式，首先将霍尔信号调制到采样频率，而霍尔极板和放大器的失调电压保持不变，信号经过放大后在再用同样的频率采样，对信号再调制一次，这样霍尔信号经过二次调制后回到基频，而失调电压由于只调制了一次，被放到了采样频率的位置，经过抗混叠低通滤波器后，失调电压被滤掉，最终只剩下霍尔信号。这种方法的好处是系统响应时间快、消除失调电压效果明显、信号通道信噪高，缺点是电路规模较大，芯片的功耗、面积都比较大。

中国专利CN101833073提出了一种消除失调电压的方法，霍尔极板的信号调制方式和US7425821相同，不同的是：在放大器输出端和比较器输入端之间加入了采样电容C₁、C₂，利用相关双采样技术消掉霍尔极板和放大器的失调电压，电路如图1所示：两个基准电压V₁、V₂，由外围基准电路(图中未示)提供；开关M1、M2分别控制基准电压V₂、V₁加载到采样电容C₁、C₂的上极板；在时钟信号CLK处于采样状态时，采样电容C₁、C₂的上极板分别接基准电压V₂、V₁；在时钟信号CLK处于保持状态时，开关M1、M2关闭，采样电容C₁、C₂的上极板处于悬空状态；由电荷守恒原理可知，此时，采样电容C₁、C₂上极板的电压差满足：V_b-V_a＝(V₂-V₁)+(-2AV_H)，该式中的A为放大器1’的增益，V_H为霍尔信号。可以看出，这种方法在消除失调电压的同时，也得到了霍尔信号V_H的迟滞区间V₂-V₁。这种方法虽然能够以较为简单的电路消除霍尔极板和放大器的失调电压，但是仍然存在几点不足：

首先，开关M1、M2直接接在采样电容C₁、C₂的上极板，在开关M1、M2关断瞬间，由于电荷注入和时钟馈通效应的影响，会直接导致采样信号的建立精度出现偏差；

其次，开关M1、M2切换瞬间的踢回噪声(kickback noise)会直接耦合回基准电压V₂、V₁上，导致基准电压在开关M1、M2切换瞬间发生变化，如果恢复时间不够，也会影响信号的建立精度；

最后，由于霍尔极板的灵敏度会随温度的升高而降低，从而会降低迟滞区间随温度的稳定性。

基于上述原因，目前需要对此类单片式霍尔传感器进行改进。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺点，本发明旨在提供一种单片式锁存型霍尔传感器，以较为简单的电路消除失调电压，避免开关切换对信号放大精度的影响，降低噪声影响并获得更好的温度稳定性。

本发明所述的一种单片式锁存型霍尔传感器，它包括依次连接的霍尔极板、放大器、开关电容电路和比较器，还包括与所述开关电容电路连接的电压基准电路，其中，所述霍尔极板由外围输入的第一、第二时钟信号控制，所述电压基准电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，