[实用新型]惠斯通电桥装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种惠斯通电桥装置。

背景技术

惠斯通电桥广泛应用于磁传感器和压力传感器等传感器中，它的差分结构可以用来提高器件的分辨率和灵敏度，减小温度系数影响。但它的四个电阻由于制作工艺的偏差，不能做的完全匹配，这个不匹配所引起的误差会导致传感器检测能力下降。

以各向异性磁阻（AMR）的惠斯通电桥在磁传感器中的应用为例：假设在无外部磁场情况下，惠斯通电桥的失调电压（由于制造和不匹配等原因引起）为12mV；在地球磁场（0.5高斯）下，由地球磁场引起的惠斯通电桥输出电压为1mV；惠斯通电桥的输出电压为30mV时，ADC（模数转换器）的输出饱和。所以，正常情况下，饱和磁场可以测到接近15高斯；而在有失调电压存在的情况下，饱和磁场只能测到接近9高斯，此时惠斯通电桥总的输出电压为30mV，包括惠斯通电桥的失调电压12mV和外部9高斯磁场引起的输出电压18mV，失调电压占了总输出电压的40%。惠斯通电桥的失调电压引起的热漂移会进一步降低磁传感器的检测能力。

具体的，请参考图1，其为惠斯通电桥的电路图。如图1所示，电阻R1～R4是各向异性磁阻，其中，电阻R1和R2构成了II臂，电阻R3和R4构成了I臂。通过控制磁化方向和电流方向，可以使惠斯通电桥单臂上的两个电阻在磁场作用下的磁阻效应变化趋势相反（如R1减小，R2增大），而双臂同一位置上的两个电阻变化趋势也相反（如R1减小，R3增大）。

其中，在有外部磁场的情况下：假设R1=R2=R3=R4=R,Vb为桥电压，ΔR为由外部磁场引起的电阻变化量。无失调电压存在时，

I臂：V₀₊=V_b[(R+ΔR)/2R]

II臂：V_0-=V_b[(R-ΔR)/2R]

V_out=V₀₊-V_0-=V_b{[(R+ΔR)/2R]-[(R-ΔR)/2R]}＝V_b(ΔR/R)

有失调电压V_OS存在时，

Vout=V_b(△R/R)+V_OS

这个惠斯通电桥的失调电压在使用过程中都保持不变，因此在制造完成后只需补偿一次。传统的消除这个失调电压的方法主要包括：烧断电阻方法及开关电容方法等。

请参考图2，其为通过烧断电阻方法消除失调电压的电路原理图。具体的，在无外部磁场情况下，通过并联一个或多个烧断电阻到惠斯通电桥的输出端和电源之间，以重新使惠斯通电桥平衡。为了减小烧断电阻的数量，首先要找到惠斯通电桥的四个电阻中最大的电阻。通过一个自动测试装置（ATE）找到大的输出端，然后并联上一个计算出来的烧断电阻。这种方法的不足之处是需要在四个位置都放置烧断电阻，而且还要有一个大的变化量。

请参考图3，其为通过开关电容方法消除失调电压的电路原理图。具体的，通过在放大器输入端产生一个负的电压来消除惠斯通电桥的失调电压。如果惠斯通电桥有一个10mV的失调电压，通过调整（trimming）电阻产生一个反向电流，相当于在惠斯通电桥的输出端产生一个V_b/2-10mV的电压，用来消除失调电压。此种方法的缺点是电阻匹配度低，导致调节精度有限。

传统的消除惠斯通电桥中电阻不匹配引起误差的方法都较为复杂，因此提出一种新的、较简便的方法消除惠斯通电桥中电阻不匹配引起误差的方法成了本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种惠斯通电桥装置，以解决现有的消除惠斯通电桥中电阻不匹配引起误差的方法较为复杂或者精度有限的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种惠斯通电桥装置，所述惠斯通电桥装置包括：惠斯通电桥；及与所述惠斯通电桥的电源端和输出端相连接的电流源组；所述电流源组包括多个电流源，每个电流源各通过一个开关元件与正输出端连接、以及各通过一个开关元件与负输出端连接。

可选的，在所述的惠斯通电桥装置中，所述多个电流源为输出的电流以二进制比例增加的电流源。

可选的，在所述的惠斯通电桥装置中，每个开关元件均受控于寄存器或者数模转换器。