[发明专利]一种CMOS磁传感器模拟前端电路

说明书

本发明公开了一种CMOS磁传感器模拟前端电路，其包括霍尔磁传感器、电流旋转电路、放大器、双采样积分器、比较器、电压电流参考源、数字电路。该电路避开大面积无源器件的使用，并以纯数字的方式调整判决阈值，加强了鲁棒性，实现了磁开关和磁量化器之间进行功能切换。

技术领域

本发明属于微电子设计领域，涉及一种CMOS磁传感器前端电路。

背景技术

磁传感器的类型有霍尔磁传感器，ARM传感器，GRM传感器等等。霍尔磁传感器由于与CMOS工艺兼容，便于与电路集成在单片上，具有价格低，体积小，功耗低的有点。但是，霍尔磁传感器的灵敏度较低，如果基于标准CMOS工艺，在5V或者更低的电压以及20G左右的磁场强度下，只能感应出100uV到1mV这个量级的电压，而且失调电压很大，通常比有用信号高出十倍到几十倍。近年来很多电路被研究用于霍尔磁传感器及其读出电路，如电流旋转，斩波放大器，相关双采样等。电流旋转主要用于将霍尔磁传感器的失调电压调制到高频并把有用信号留在低频，斩波放大器和相关双采样用于将模拟前端的失调电压调制到高频并把有用信号留在低频，再结合滤波器，可以提取出霍尔电压。然而由于失调电压比有用信号大很多倍，而电流旋转的时钟频率本身就比较低，因此滤波器需要非常低的带宽，会使用到面积巨大的电容。众所周知，电压参考源的产生利用的是器件的禁带电压，产生的参考电压也比霍尔电压高出很多数量级，要提很高倍数的增益才能把霍尔电压放大到和参考电压可比拟，放大过程中用到高比例的电阻或电容也会导致需要使用面积很大的器件。另外，如果作为磁开关应用时需要调整阈值，需要调整放大器的增益，而放大器增益的调整通常靠的是调整器件比例，通常会改变反馈系数，电容负载等模拟电路的环路参数，加大运放的设计难度，甚至导致运放的重新设计。本发明使用的模拟前端电路，避免了使用面积巨大的器件，并且当磁开关的阈值需要改变的时候，可以以纯数字的方式调整阈值，避开了运放参数改变的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种CMOS磁传感器模拟前端电路，避开大面积无源器件的使用，并以纯数字的方式调整判决阈值，加强了鲁棒性，实现了磁开关和磁量化器之间进行功能切换。

根据本发明的目的其包括霍尔磁传感器、输入端与霍尔磁传感器输出端相连的电流旋转电路、输入端与电流旋转电路输出端相连的放大器、输入端与放大器输出端相连的双采样积分器、输入端与双采样积分器输出端相连的比较器、电压电流参考源、数字电路，其中所述双采样积分器输出端输出的电压与所述电压电流参考源输出端所输出的电压通过所述比较器进行比较，而比较的结果输出的一个信号到所述数字电路进行锁存，而另一个信号则反馈到所述双采样积分器，所述数字电路的输入端与所述电流旋转电路的输入端、所述放大器的输入端、所述双采样积分器的输入端、以及所述比较器的输入端均相连接，所述电压电流参考源的输出端与所述电流旋转电路的输入端、所述放大器的输入端、所述双采样积分器的输入端、所述比较器的输入端均相连接。信号处理过程如下：

首先，霍尔磁传感器感应出电压信号并带有失调电压。

进一步，电流旋转电路将所述失调电压转换成方向正负轮换的波形且保持电压信号方向不变，电流旋转电路的输出端由电压信号和被调制到高频的失调电压叠加而成。

进一步，所述放大器将来自电流旋转电路的信号进行一定倍数的放大。

进一步，双采样积分器消除高频的失调电压并对感应电压进行积分，并将其输出到比较器且与参考电压进行比较。

进一步，比较器或数字电路对双采样积分器进行重置。

进一步，比较器输出脉宽调制信号且将磁信号数字化。

进一步，电流旋转电路的相位数需为4的倍数。

进一步，双采样积分器、比较器以及数字电路结合进行开关功能和量化功能的切换。