[发明专利]用于霍尔传感器的信号处理装置以及信号处理方法

说明书

用于霍尔传感器的信号处理装置，包括信号路径(1)、反馈路径(3)和转换器路径(5)。信号路径(1)包括霍尔元件(11、12)和前端放大器(16)，它们串联连接并设置成根据磁场(B)生成输出信号(SOUT)。反馈路径(3)包括补偿电路并且耦合到信号路径(1)。转换器路径(5)包括模‑数转换器(51)和偏移补偿电路，并且耦合到信号路径(1)。开关网络(21、22、23、24)耦合在信号路径(1)、反馈路径(3)和转换器路径(5)之间。在补偿阶段中(ΦCOMP)，开关网络(21、22、23、24)将反馈路径(3)电连接到信号路径(1)，使得补偿电路生成补偿信号(SCOR)，该补偿电路耦合到信号路径(1)中。在采样阶段中(ΦSAMP)，开关网络(21、22、23、24)将信号路径(1)连接到转换器路径(5)，使得在转换器路径(5)处提供减小了补偿信号(SCOR)的输出信号(SOUT)。

技术领域

本发明涉及一种用于霍尔传感器的信号处理装置以及一种用于霍尔传感器的信号处理方法。

背景技术

在霍尔传感器应用中，输出信号易于受到霍尔元件偏移的影响，偏移信号本身能可比应用程序应该转换的期望信号大得多。通常，还实现低噪声放大器LNA，其增加了偏移。因此，霍尔传感器应用通常采用偏移补偿技术来减少这种影响，并使得能够用模-数转换器ADC来转换输出信号。当前，通常使用电流旋转和斩波，通过将期望的信号和误差在频域中分开并将偏移反馈到系统来自适应地补偿输入偏移。当前方案使用自动调零方法来消除偏移或扩大ADC动态范围以处理信号和偏移，从而增加传感器相间的量化噪声。

图7示出了用于霍尔传感器的现有技术偏移补偿装置。该装置包括信号路径、转换器路径和反馈路径。信号路径包括串联连接的霍尔元件和作为前端放大器的低噪声放大器。霍尔元件连接到斩波电路。前端放大器的输出连接到第一电路节点。转换器路径包括串联连接的模-数转换器、第一去斩波电路和具有输出端的数字信号处理器。通常，低通滤波器连接在第一电路节点和模-数转换器之间。模-数转换器经由第二电路节点连接到第一去斩波电路。反馈路径包括串联连接的第二去斩波电路和反馈数-模转换器，该反馈数-模转换器将第一电路节点连接到第二电路节点。

在操作期间，斩波电路接收斩波信号fchop，其在霍尔元件中实现旋转电流。结果，霍尔元件输出两个输出信号S1、S2，它们被提供在前端放大器的输入V+、V-处。前端放大器放大这些信号S1、S2，然后S1、S2被滤波，并在被输入到转换器路径时被提供为信号路径的输出信号。模-数转换器将输出信号转换为数字值。第一去斩波电路确定数字偏移校正输出值，例如，数字值的差。然后，数字信号处理器，例如，坐标旋转数字计算机(cordic)，能够进一步处理数字偏移校正的输出值，以确定与霍尔元件相关的线性或角度位置信息。例如，如果实现为cordic，则数字信号处理器被设置成数字地处理来自两个或更多个通道的信号，以便确定位置和/或角度信息。

通过斩波电路的电流旋转和斩波被用来自适应地补偿输入偏移。结果，期望的传感器信号及其由于霍尔元件和前端放大器的偏移引起的误差在频域中被分开。此外，通过反馈路径将偏移负反馈到信号路径中。第二去斩波电路确定数字反馈偏移输出值，例如，作为数字值的总和。数字反馈偏移输出值通过反馈数-模转换器转换为模拟反馈信号。然后模拟反馈信号经由第一电路节点注入到信号路径，从而从输出信号中减去。

图8示出了另一种用于霍尔传感器的现有技术偏移补偿装置。该装置是图7的装置的进一步发展。信号路径包括串联连接的霍尔元件，由两个连续的放大器、混频器、加法器、前端放大器，另一加法器和缓冲器表示。转换器路径由模-数转换器、第一滤波器、另一混频器和第二滤波器表示。反馈路径包括第三滤波器和反馈数-模转换器。