[发明专利]线性霍尔电路

说明书

本发明属于磁敏电路，即用于测量磁场的电路。

最近关于霍尔电路技术的一项新进展是发现了霍尔器件的电流模式。例如专利文献EP0357013发明的电路采用了从霍尔器件的一个霍尔电极注入电流的方法，如图1所示。该注入电流与霍尔电流相等，并转换为电路的输出电压。从而实现磁场的测量。但是，由于霍尔电流的存在，霍尔器件两个偏置电极的电流将是不相等的，并且将随外加磁场变化，从而导致霍尔电流与磁场关系的非线性。此外，图1的电路还有一个缺点，其输出电压的零点是霍尔器件内阻与偏置电阻对电源电压的分压值。因而霍尔器件内阻值的离散或温度漂移将引起输出零点偏差。最近中国专利文献90106846.2-5提出的对称偏置技术保证了霍尔器件的两个偏置电极的电流之和不随磁场变化。从而保证了霍尔电流与磁场的线性关系。并且电路的输出零点是电源电压的中点电位，与霍尔器件内阻无关，因而比较稳定。但是此零点是浮动零点。在采用正负双电源供电的场合，电源电压的变化将引起相应的输出零点漂移。

本发明的目的在于使霍尔电路的输出具有一个稳定的参考零点，例如”地”电位，同时保证霍尔电流与磁场的良好线性关系。本发明的基本电路方案如图2所示。

图2的电路原理如下：霍尔器件15的两个偏置电极15a、15c与电流源I₁(11)、I₂(21)分别连接；它的两个霍尔电极15b、15d与运放OA₁(17)、OA₂(25)的反相输入端分别连接。运放OA₁与OA₂的同相输入端接至参考“地”(27)。OA₁的输出端通过电阻R₁、R₂分别反馈连接至霍尔器件的偏置电极15a、15c。这样，当外加磁场使霍尔器件产生霍尔电流Ih时，运放OA₁的输出将通过电阻R₁、R₂向霍尔器件的偏置电极15a、15c注入反馈电流Ih₁、Ih₂，以保证霍尔电极15b处于地电位。下面用图3来进一步说明图2电路对磁场的响应。

图3为图2的简化电路，其中霍尔器件用一个等臂电桥来等效。磁场作用下产生的霍尔电流用霍尔轴对角线上的霍尔电流源Ih(15e)表示。此外，图中略去了偏置电流源I₁与I₂。因为它们不影响电路中信号行为的增量关系。从图3不难看出，因为霍尔器件是一个等臂电桥，故反馈电流Ih₁在上面两桥臂中是平分的。同样，Ih₂在下面两桥臂中也是平分的。由于霍尔电极15b没有电流出入，故有(Ih₁＋Ih₂)/2＝Ih。因此，霍尔电极15d的输出电流为

     Iout＝Ih₁＋Ih₂＝2Ih。此输出电流经运放OA₂与电阻R₃构成的电流-电压转换器转换为电路最终的输出电压Vo。

本发明的电路设计有如下优点：(1)输出电压的零点是参考电位“地”；(2)偏置电流源I₁与I₂或其替代物电阻的失配不会引入零点误差；(3)参考“地”无电流，故可用作增益调整端，而不影响输出零点；也可用作输出零点设定或调零端子，而不会引入附加漂移；(4)当反馈电阻R₁与R₂相等时，反馈至霍尔器件两偏置电极的注入电流Ih₁与Ih₂相等。因此，霍尔器件的两个偏置电极的电流之和将与磁场无关。从而保证了霍尔电流Ih与磁场的线性关系。这时Ih₁、Ih₂均与Ih相等，因此可以称之为反馈霍尔电流。它们都与磁场具有线性关系。因此霍尔输出电流Iout及电路的输出电压Vo也与磁场具有线性关系；(5)偏置电流源采用温度源或用热敏电阻代替易于实现温度补偿。