專利名稱：霍爾電壓傳感器、放大器電路、測試電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及磁場強(qiáng)度檢測領(lǐng)域；涉及采用斬波放大器(Chopper Amplifer)的方式去消除霍爾失調(diào)電壓領(lǐng)域；涉及采用此方法設(shè)計(jì)的電路，應(yīng)用于馬達(dá)驅(qū)動控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
霍爾傳感器常常被應(yīng)用于磁場強(qiáng)度檢測領(lǐng)域或者用于檢測材料?；魻杺鞲衅靼ɑ魻柊?，這是一個(gè)半導(dǎo)體晶體，回應(yīng)磁場以不同的電壓。霍爾效應(yīng)傳感器可應(yīng)用于接近開關(guān)，定位，速度檢測，電流傳感?；魻杺鞲衅魍ǔＳ糜谟?jì)時(shí)車輪和軸的速度，比如內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火時(shí)間，轉(zhuǎn)速表和防抱制動系統(tǒng)。他們也常常被應(yīng)用于無刷直流裝置用以檢測永磁體的位置。這樣的安排也可以被用來調(diào)節(jié)磁盤驅(qū)動器的速度。因?yàn)榛魻栯妷阂话愦蠹s只有毫伏級，所以這種類型的傳感器的輸出不能被直接應(yīng)用于驅(qū)動器，只有被放大后才能被應(yīng)用。在放大器中，失調(diào)電壓常常是不可避免的，斬波放大器在時(shí)鐘控制下去放大輸入信號。此種放大器可以降低失調(diào)電壓對有效霍爾電壓的影響。因此斬波可控放大器被應(yīng)用于霍爾電壓的檢測。傳統(tǒng)斬波放大器，即使已經(jīng)用來降低霍爾電壓測量的偏移電壓，但是在應(yīng)用中，如果需要要較低的失調(diào)電壓，他們還是不能勝任的。因此，改進(jìn)技術(shù)去更有效的使霍爾電壓測量具有較低失調(diào)電壓是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及在一磁場前確定一電信號。特別的，本發(fā)明涉及測量電壓的放大器電路和方法，有效降低失調(diào)電壓，更具體的是斬波放大器測量霍爾電壓時(shí)有效降低失調(diào)電壓。這些電路和方法能夠應(yīng)用于馬達(dá)驅(qū)動電路，但是不限于此。本發(fā)明提供一種適用于傳感霍爾電壓的斬波放大器電路，放大器電路包括霍爾取樣電路，包括第一開關(guān)電路，所述第一開關(guān)電路選擇性的將一霍爾板的四個(gè)節(jié)點(diǎn)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)與電源或者接地端子相耦合；差分放大器；第二開關(guān)電路，將霍爾板的四個(gè)端子的每一個(gè)選擇性地與差分放大器的輸入相耦合；霍爾電壓信號保持電路，包括第一組四個(gè)儲存裝置和第二組四個(gè)儲存裝置；第三開關(guān)電路，用于儲存差分放大器的第一輸出給第一組四個(gè)儲存裝置其中之一，儲存差分放大器的第二輸出給第二組四個(gè)儲存裝置其中之一；第四開關(guān)電路，將第一組四個(gè)儲存裝置選擇性地與斬波放大器電路的第一輸出相耦合，將第二組四個(gè)儲存裝置與斬波放大器電路的第一輸出相耦合。在具體實(shí)施例中，所述第一、第二、第三、第四開關(guān)電路被設(shè)置為通過應(yīng)用第一節(jié)點(diǎn)和斜對面的第三節(jié)點(diǎn)的一電流和取樣電壓，測量和儲存第一取樣電壓，電流流入到第二和第四節(jié)點(diǎn)之間，因此，關(guān)于第一節(jié)點(diǎn)，電流在霍爾板中從右邊流入左邊，關(guān)于第三節(jié)點(diǎn)，電流在霍爾板中從左邊流入右邊；重復(fù)以上測量和儲存不同節(jié)點(diǎn)三次，取四個(gè)取樣電壓的平均數(shù)，供應(yīng)給輸出霍爾電壓。具體實(shí)施例中，還進(jìn)一步包括 了控制電路，用于發(fā)出時(shí)鐘信號去完成在四個(gè)不同時(shí)間周期的測量和儲存步驟。在一實(shí)施例中，所述第一、第二、第三、第四開關(guān)電路包括MOS晶體管。在另一實(shí)施例中，所述第一、第二、第三、第四開關(guān)電路包括雙極性晶體管。本發(fā)明提供一種霍爾電壓傳感系統(tǒng)，包括與電源相耦合的輸入端子；第一和第二差分輸出端子；電流源，與所述輸入端子耦合并提供電流；霍爾板有四個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別定為節(jié)點(diǎn)A，B，C，D ;在差分結(jié)構(gòu)中的第一和第二放大器電路；多個(gè)電容器；由一套時(shí)鐘信號影響的開關(guān)電路，該開關(guān)電路在第一時(shí)間階段，從D到B接通第一電流，C和D分別與所述第一和第二放大器電路的輸入端子相稱合，第一和第二電容器分別給第一和第二放大器的輸出充電；在第二時(shí)間階段，從C到A接通第二電流，D和B分別與第一和第二放大器電路的輸入端子相I禹合，第三和第四電容器分別給第一和第二放大器的輸出充電；在第三時(shí)間階段，從B到D接通第三電流，C和A分別與第一和第二放大器電路的輸入端子相稱合，第五和第六電容器分別給第一和第二放大器的輸出充電；在第四時(shí)間階段，從A到C接通第三電流，B和D分別與第一和第二放大器電路的輸入端子相稱合，第七和第八電容器分別給第一和第二放大器的輸出充電；在第五時(shí)間階段，第一、第二、第三、和第四電容器與第一差分輸出端子相耦合，第五、第六、第七、和第八電容器與第二差分輸出端子相稱合；其中，一差分霍爾電壓信號由第一和第二差分輸出端子所提供；第一輸出端的電壓是第一、第二、第三、和第四電容器電壓的平均值，第二輸出端的電壓是第五、第六、第七、和第八電容器電壓的平均值。在一實(shí)施例中，所述開關(guān)電路包括MOS晶體管。在另一實(shí)施例中，所述開關(guān)電路包括雙極性晶體管。本發(fā)明還提供一種有四個(gè)端子的測試設(shè)備的測試電路，電路包括供電給測試設(shè)備的電源；接地端子；第一和第二差分輸出端子；具有第一及第二輸入和第一及第二輸出的差分放大器電路；第一組的四個(gè)儲存裝置；第二組的四個(gè)儲存裝置；第一個(gè)開關(guān)電路，用于將四個(gè)節(jié)點(diǎn)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇性地與電源或者接地端子相耦合；
第二開關(guān)電路，將測試裝置四個(gè)端子的每一個(gè)選擇性地與差分放大器的輸入相耦合；第三開關(guān)電路，用于儲存差分放大器電路的第一或第二輸出其中之一，供應(yīng)給第一組的四個(gè)儲存裝置其中之一；儲存差分放大器電路的另一個(gè)輸出供應(yīng)給第二組的四個(gè)儲存裝置其中之一；第四開關(guān)電路，用于將第一組的四個(gè)儲存裝置選擇性的與系統(tǒng)的第一差分輸出相耦合，第二組的四個(gè)儲存裝置與系統(tǒng)的第二差分輸出相耦合。在具體實(shí)施例中，開關(guān)電路有以下配置在第一和第二節(jié)點(diǎn)測量和儲存第一取樣信號，在第三和第四節(jié)點(diǎn)之間與電源相耦合；以不同節(jié)點(diǎn)配置重復(fù)以上測量和儲存三次；根據(jù)四次測量的取樣信號決定測試電路的輸出值。在一實(shí)施例中，信號取樣包含電壓信號。在一實(shí)施例中，信號取樣包含電流信號。在一實(shí)施例中，測試電路是測試霍爾板。在一實(shí)施例中，所述開關(guān)電路包括MOS晶體管。在另一實(shí)施例中，所述開關(guān)電路包括雙極性晶體管。本發(fā)明還提供一種用于測定有四個(gè)節(jié)點(diǎn)的霍爾板的霍爾電壓的方法，該方法包括執(zhí)行以下四個(gè)節(jié)點(diǎn)中每一個(gè)的取樣步驟選擇四個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)；提供一電流，該電流從被選節(jié)點(diǎn)逆時(shí)針相鄰的第一節(jié)點(diǎn)流向被選節(jié)點(diǎn)順時(shí)針相鄰的第二節(jié)點(diǎn)；確定被選節(jié)點(diǎn)對面的第三節(jié)點(diǎn)上的電壓，該電壓在第一組取樣電壓中；確定被選節(jié)點(diǎn)上的電壓，該電壓在第二組取樣電壓中；根據(jù)第一組取樣電壓來測定第一差分輸出電壓；根據(jù)第二組取樣電壓來測定第二差分輸出電壓。在一實(shí)施例中，第一差分輸出電壓等于第一組取樣電壓的平均值，第二差分輸出電壓等于第二組取樣電壓的平均值。在一實(shí)施例中，包括第一組取樣電壓中的電壓，該第一組取樣電壓包含代表第一組電容器上其中一電壓的儲存電荷。 在一實(shí)施例中，包括第一組取樣電壓中的電壓，該第一組取樣電壓包含代表一內(nèi)存設(shè)備中電壓的儲存數(shù)值。在一實(shí)施例中，更進(jìn)一步包括通過計(jì)算機(jī)處理器控制取樣步驟在內(nèi)存設(shè)備中的儲存電壓值；以及利用計(jì)算機(jī)處理器，在第一和第二組取樣電壓的基礎(chǔ)上來計(jì)算差分輸出電壓。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出了一種更加有效、更加精確的斬波放大器(ChopperAmplifier)電路。這里所說的“更加有效”，是指采用與傳統(tǒng)霍爾電壓取樣不同的方法，對霍爾電壓采用四次取樣，從而能更加有效地消除失調(diào)電壓對霍爾輸出電壓的影響。這里所說的“更加精確”，是指采用差分輸入差分輸出放大器，能更加快速、更加精確地放大霍爾電壓信號，取出有效的霍爾電壓。


圖I是用于闡明傳統(tǒng)斬波放大器100的方框圖；圖2是閘述了一種用于檢測裝置的系統(tǒng)200的簡單原理圖；圖3是一個(gè)闡述了時(shí)鐘信號適用于圖2的放大器電路運(yùn)行的計(jì)時(shí)圖；圖4是在Tl時(shí)間段的系統(tǒng)200的開關(guān)方位圖；圖4A是Tl時(shí)間段的有效連接圖；圖5是在T2時(shí)間段的系統(tǒng)200的開關(guān)方位圖；圖5A是T2時(shí)間段的有效連接圖；圖6是在T3時(shí)間段的系統(tǒng)200的開關(guān)方位圖；圖6A是T3時(shí)間段的有效連接圖；圖7是在T4時(shí)間段的系統(tǒng)200的開關(guān)方位圖；圖7A是T4時(shí)間段的有效連接圖；圖8是在T5時(shí)間段的系統(tǒng)200的開關(guān)方位圖；圖8A是T5時(shí)間段的有效連接圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。依照本發(fā)明的一些實(shí)施例，一個(gè)新的霍爾電壓抽樣法使用四個(gè)霍爾電壓抽樣。方法在具有差分輸入和差分輸出的斬波放大器中實(shí)施，更加有效地排除了霍爾電壓失調(diào)電壓的影響。這個(gè)電路能夠應(yīng)用于磁場強(qiáng)度的位置檢測，適用于線性霍爾IC設(shè)計(jì)。它也可用于電機(jī)驅(qū)動控制開關(guān)霍爾IC設(shè)計(jì)。圖I是用于閘明傳統(tǒng)斬波放大器100的方框圖。在這個(gè)電路圖中，霍爾電壓只進(jìn)行兩次取樣，第一次是電流由C- > A時(shí)在B與D兩端產(chǎn)生的霍爾電壓；第二次是電流由B- >D時(shí)在C與A兩端產(chǎn)生的霍爾電壓。由于在兩次取樣中，霍爾板上產(chǎn)生的霍爾電壓大小相等、極性相反，而失調(diào)電壓則是大小相等、極性相同，在相位相反的兩個(gè)邏輯信號控制下經(jīng)過放大器放大后，就會把失調(diào)電壓消除掉，這使得霍爾電壓被檢測出來。電路100的輸出Vo，經(jīng)過抽樣和保存電路后能夠得出霍爾電壓Vo V0 = Vh X Gain+(Vhosl-Vhos2) XGain理論上，VhosI = Vhos2,故可得V。= VhXGain.實(shí)際中，失調(diào)電壓Vhosl與Vhos2并不是嚴(yán)格相等，故在最后測量的霍爾電壓Vo中包含有一微小失調(diào)電壓量。相對于沒有失調(diào)消除的電路結(jié)構(gòu)來中，失調(diào)電壓的影響已經(jīng)降低不少。依照本發(fā)明的實(shí)施例，圖2閘述了一種用于檢測裝置的系統(tǒng)200的簡單原理圖。系統(tǒng)200是一個(gè)用于具有四個(gè)終端或節(jié)點(diǎn)的裝置。據(jù)圖2中所示，系統(tǒng)200包含了提供電源裝置，一個(gè)接地端子和第一第二差分輸出終端Outl和0ut2的的電源Vdd。在圖2的實(shí)施例中，系統(tǒng)200可降低霍爾電壓測量中的失調(diào)電壓。難能可貴的是，系統(tǒng)200也可用于其他的測試應(yīng)用中。在圖2中，受測的裝置是有四個(gè)節(jié)點(diǎn)A，B，C和D的霍爾板201。電流源220與電源Vdd相連接，產(chǎn)生測試電流Ihall。系統(tǒng)200包含第一開關(guān)電路，選擇性的去耦合四個(gè)節(jié)點(diǎn)A，B，C和D每一個(gè)，到電流源220和接地端子的任意一個(gè)。在圖2中，第一開關(guān)電路包含了由時(shí)鐘信號(11^5，(11^6，(11^7，和(11^8控制的開關(guān)。例如，霍爾板201的節(jié)點(diǎn)A通過由時(shí)鐘信號ClkS控制的開關(guān)與電流源220耦合，通過由時(shí)鐘信號Clk6控制的開關(guān)到地。類似的安排也適用于節(jié)點(diǎn)B，C和D。在圖2中，系統(tǒng)200的差分放大 器包含，運(yùn)算放大器231和232，第一和第二輸入234和234，還有標(biāo)注為Vhcl和Vhc2第一和第二輸出。第二開關(guān)電路選擇性地耦合裝置201的四個(gè)節(jié)點(diǎn)A，B，C和D每一個(gè)到差分放大器的第一和第二輸入234和235。例如，霍爾板201的節(jié)點(diǎn)A通過由時(shí)鐘信號Clkl控制的開關(guān)與查分放大器的輸入235耦合。類似的安排也適用于節(jié)點(diǎn)B，C和D。系統(tǒng)200還包含了四個(gè)存儲裝置的第一組，電容器112，113，114和115，通過四個(gè)由時(shí)鐘信號Clkl2，Clkl3，Clkl4和Clkl5，控制的四個(gè)開關(guān)，其選擇性地分別與差分放大器電路的輸出Vhcl或Vhc2耦合。四個(gè)存儲裝置的第二組，電容器212，213，214和215，通過四個(gè)由時(shí)鐘信號Clkl2，Clkl3，Clkl4和Clkl5，控制的四個(gè)開關(guān)，其選擇性地分別與差分放大器電路的輸出Vhcl或Vhc2 f禹合。系統(tǒng)200還包含了第四個(gè)開關(guān)電路，選擇性地耦合四個(gè)存儲裝置的第一和第二組的四個(gè)到系統(tǒng)的第一差分輸出，耦合四個(gè)存儲裝置的第一和第二組的其他四個(gè)到系統(tǒng)的第二差分輸出。在一些實(shí)施例中，如圖2所示，第四開關(guān)電路耦合四個(gè)存儲裝置到第一組到系統(tǒng)的第一差分輸出，耦合四個(gè)存儲裝置的第二組到測試電路的第二差分輸出。盡管上面的描述是基于一個(gè)有四個(gè)終端測試下的裝置的例子，此裝置包括四個(gè)存儲設(shè)備組。據(jù)了解，該結(jié)構(gòu)并不局限于這樣的例子。結(jié)構(gòu)和方法應(yīng)用于有超過四個(gè)終端的裝置。方法包含存儲裝置的并聯(lián)組，每一組帶有四個(gè)或者更多的存儲裝置。在一些實(shí)施例中，開關(guān)可能是MOS晶體管，在其他一些實(shí)施例中，開關(guān)可能是雙極性晶體管，或者其他各種電子開關(guān)。在發(fā)明的一些實(shí)施例中，電容器被作為MOS電容器應(yīng)用于硅集成電路中。在特定的實(shí)施例中，電容器是用多晶硅電容器來實(shí)現(xiàn)的。圖2中所描述的系統(tǒng)適用于線性霍爾集成電路或轉(zhuǎn)換霍爾集成電路，具體取決于本實(shí)施例。根據(jù)以下所述，伴隨著時(shí)鐘信號的適當(dāng)?shù)呐帕?，系統(tǒng)200適用于減少霍爾電壓測量的失調(diào)電壓的方法。在一些實(shí)施例中。該方法確定了霍爾電壓，霍爾板有以下四個(gè)節(jié)點(diǎn)。以四個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)為開始，第一測量步驟包括提供一電流，該電流從被選節(jié)點(diǎn)逆時(shí)針相鄰的第一節(jié)點(diǎn)流向被選節(jié)點(diǎn)順時(shí)針相鄰的第二節(jié)點(diǎn)。電壓測量作為第一抽樣電壓，在被選節(jié)點(diǎn)點(diǎn)上獲得。電壓測量作為第二抽樣電壓，在被選節(jié)點(diǎn)點(diǎn)對面的第四節(jié)點(diǎn)上獲得。換句話說，第一電壓抽樣應(yīng)用于第一節(jié)點(diǎn)和斜對面的第三節(jié)點(diǎn)的電流和抽樣電壓，因此，電流流入到第二和第四節(jié)點(diǎn)之間，關(guān)于第一節(jié)點(diǎn)，電流在霍爾板中從右邊流入左邊，關(guān)于第三節(jié)點(diǎn)，電流在霍爾板中從左邊流入右邊。接下來，測量階段發(fā)生在第二，第三和第四節(jié)點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，四個(gè)測量值被放大，平均分配到輸出端的差分輸出電壓上。具體的實(shí)例描述參考圖3中的時(shí)鐘信號計(jì)時(shí)時(shí)序。依照本發(fā)明的實(shí)施例，圖3是一個(gè)閘述了時(shí)鐘信號適用于圖2的放大器電路運(yùn)行的計(jì)時(shí)圖。據(jù)圖2和圖3所示，霍爾電壓的四個(gè)抽樣進(jìn)行于一個(gè)運(yùn)行周期。I.在Tl時(shí)間階段，時(shí)鐘信號5，I和12為高值，電流Ihall由D- > B時(shí)在C與A兩端產(chǎn)生的霍爾電壓。2.在T2時(shí)間階段，時(shí)鐘信號6，I和13為高值，電流Ihall由D- > B時(shí)在C與A
兩端產(chǎn)生的霍爾電壓。3.在T3時(shí)間階段，時(shí)鐘信號7，I和14為高值，電流Ihall由D- > B時(shí)在C與A兩端產(chǎn)生的霍爾電壓。4.在T4時(shí)間階段，時(shí)鐘信號8，I和15為高值，電流Ihall由D- > B時(shí)在C與A兩端產(chǎn)生的霍爾電壓。5.在T5時(shí)間階段，時(shí)鐘信號Clkll為高值，其他所有的時(shí)鐘信號為低值。抽樣信號被轉(zhuǎn)移到輸出終端Outl和0ut2.開關(guān)電路的具體連接現(xiàn)在更為詳細(xì)地就節(jié)點(diǎn)A，B, C和時(shí)鐘信號Clkl_Clkl5進(jìn)行描述。據(jù)圖3所示，在Tl的第二時(shí)間段中，Clk5，Clkl，Clkl2控制下的開關(guān)關(guān)閉，其他所有的開關(guān)打開。如圖4所示為在Tl時(shí)間段的系統(tǒng)200的開關(guān)方位圖，圖4A所示為Tl時(shí)間段的有效連接圖。從圖4A中能夠看出，電流通用于從節(jié)點(diǎn)D到B，節(jié)點(diǎn)C和A的電壓分別與第一 231的輸入終端和第二 232放大器電路相耦合。在Tl時(shí)間段，電容器112和212分別負(fù)責(zé)第一和第二放大器231和232的輸出。電容器112和212分別保存取樣節(jié)點(diǎn)C和A的電壓。注意，時(shí)鐘信號Clkl的寬度比時(shí)鐘信號Clk5略狹窄，所以當(dāng)電壓供給放大器時(shí)，穩(wěn)定電流產(chǎn)生。時(shí)鐘信號Clk2的寬度比時(shí)鐘信號Clkl略狹窄，所以穩(wěn)定電流在電容器中被取樣。類似的操作還在T2，T3和Τ4時(shí)間段中進(jìn)行。據(jù)圖3所示，在Τ2的第二時(shí)間段中，Clk6，Clk2，Clkl3控制下的開關(guān)關(guān)閉，其他所有的開關(guān)打開。如圖5所示為在T2時(shí)間段的系統(tǒng)200的開關(guān)方位圖，圖5A所示為T2時(shí)間段的有效連接圖。從圖5A中能夠看出，電流適用于從節(jié)點(diǎn)C到A，節(jié)點(diǎn)C和A的電壓分別與第一 231的輸入終端和第二 232放大器電路相率禹合。在T2時(shí)間段，電容器113和213分別負(fù)責(zé)第一和第二放大器231和232的輸出。電容器113和213分別保存取樣節(jié)點(diǎn)B和D的電壓。T2時(shí)間段中的時(shí)鐘信號相對應(yīng)的脈沖寬度Clk6，Clk2，Clkl3與Tl時(shí)間段的相似。據(jù)圖3所示，在T3的第三時(shí)間段中，Clk7，Clk3，Clkl4控制下的開關(guān)關(guān)閉，其他所有的開關(guān)打開。如圖6所示為在T3時(shí)間段的系統(tǒng)200的開關(guān)方位圖，圖6A所示為T3時(shí)間段的有效連接圖。從圖6A中能夠看出，電流適用于從節(jié)點(diǎn)B到D，節(jié)點(diǎn)C和A的電壓分別與第一 231的輸入終端和第二 232放大器電路相耦合。在T3時(shí)間段，電容器114和214分別負(fù)責(zé)第一和第二放大器231和232的輸出。電容器114和214分別保存取樣節(jié)點(diǎn)C和A的電壓。T3時(shí)間段中的時(shí)鐘信號相對應(yīng)的脈沖寬度Clk7，Clk3，Clkl4與Tl時(shí)間段的相似。據(jù)圖3所示，在T4的第四時(shí)間段中，Clk8，Clk4，Clkl5控制下的開關(guān)關(guān)閉，其他所有的開關(guān)打開。如圖7所示為在T4時(shí)間段的系統(tǒng)200的開關(guān)方位圖，圖7A所示為T4時(shí)間段的有效連接圖。從圖7A中能夠看出，電流適用于從節(jié)點(diǎn)A到C.節(jié)點(diǎn)B和D的電壓分別與第一 231的輸入終端和第二 232放大器電路相稱合。在T4時(shí)間段，電容器115和215分別負(fù)責(zé)第一和第二放大器231和232的輸出。電容器115和215分別保存取樣節(jié)點(diǎn)B和D的電壓。T4時(shí)間段中的時(shí)鐘信號相對應(yīng)的脈沖寬度Clk8，Clk4，和Clkl5與Tl時(shí)間段的相似。
據(jù)圖3所示，在T5的第五時(shí)間段中，Clkll控制下的開關(guān)關(guān)閉，其他所有的開關(guān)打開。如圖8所示為在Τ5時(shí)間段的系統(tǒng)200的開關(guān)方位圖，圖8Α所示為Τ5時(shí)間段的有效連接圖。從圖8Α中能夠看出，電容器112，113，114和115與第一差分輸出終端Outl相耦合。電容器212，213，214和215與第二差分輸出終端0ut2相耦合。因此，差分霍爾電壓信號提供第一和第二差分輸出信號Outl和0ut2,第一輸出端Outl的電壓是電容器112,113,114和115上電壓的一個(gè)平均值，第一輸出端0ut2的電壓是電容器212，213，214和215上電壓的一個(gè)平均值。在四個(gè)抽樣中的兩個(gè)中可以看出，電流在相反的方向?；魻柺д{(diào)電壓幅度相等、但極性相反。故最終經(jīng)過取樣保持電路進(jìn)行組合后，可以分別在Outl、0ut2兩輸出端得到幅度相等、極性相反的霍爾電壓。因此，霍爾失調(diào)電壓分量僅僅為在圖I的傳統(tǒng)放大器中產(chǎn)生的霍爾失調(diào)電壓分量的二分之一。放大器200的運(yùn)行分析參考圖2-8A中所述。在分析中，假定磁場與霍爾板201垂直，進(jìn)入霍爾板的方向，如果磁場在相反的方向，將得到同樣的結(jié)果。當(dāng)電流由A-> C時(shí)，存在于B、D兩端間的失調(diào)電壓等于Vhosl > O。電流由D->B時(shí)，存在于C、A兩端間的失調(diào)電壓等于Vhos2 > O.在Tl時(shí)間段，假設(shè)電流由B- > D時(shí)，霍爾電壓是A端高于C端、同時(shí)有失調(diào)電壓Vhos2，故霍爾電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器2310PA1和2320PA2放大后，分別在Vhcl端與Vhc2端的輸出電壓等于Vhcl = VcXGainVhc2 = Va X Gain = (Vc-Vhos2+Vh) XGain在T2時(shí)間段，假設(shè)電流由C- > A時(shí)，霍爾電壓是B端高于D端、同時(shí)有失調(diào)電壓Vhosl，故霍爾電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器OPAl和0PA2放大后，分別在Vhcl端與Vhc2端的輸出電壓等于Vhcl = (Vn-Vh-Vhosl) XGainVhc2 = VnXGain在T3時(shí)間段，假設(shè)電流由B- > D時(shí)，霍爾電壓是C端高于A端、同時(shí)有失調(diào)電壓Vhos2,故霍爾電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器OPAl和0PA2放大后，分別在Vhcl端與Vhc2端的輸出電壓等于Vhcl = VcXGainVhc2= (WVhos2)XGain在T4時(shí)間段，假設(shè)電流由A- > C時(shí)，霍爾電壓是B端高于D端、同時(shí)有失調(diào)電壓Vhos2,故霍爾電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器OPAl和0PA2放大后，分別在Vhcl端與Vhc2端的輸出電壓等于Vhcl = (VVVhosl)XGainVhc2 = VnXGain在以上所述的時(shí)鐘信號的控制下，在Tl和T5時(shí)間段的一個(gè)運(yùn)行周期中，四個(gè)抽樣電壓在電容器中放大。四個(gè)抽樣電壓Vhclt相加、平均后由Outl端輸出，大小等于Vaitl = (2Vc+2VD+2Vh+Vhosl-Vhos3) X Gain+4重新整理后得出，
權(quán)利要求
1.一種適用于傳感霍爾電壓的斬波放大器電路，其特征在于，放大器電路包括 霍爾取樣電路，包括第一開關(guān)電路，所述第一開關(guān)電路選擇性的將一霍爾板的四個(gè)節(jié)點(diǎn)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)與電源或者接地端子相耦合； 差分放大器； 第二開關(guān)電路，將霍爾板的四個(gè)端子的每一個(gè)選擇性地與差分放大器的輸入相耦合； 霍爾電壓信號保持電路，包括第一組四個(gè)儲存裝置和第二組四個(gè)儲存裝置； 第三開關(guān)電路，用于儲存差分放大器的第一輸出給第一組四個(gè)儲存裝置其中之一，儲存差分放大器的第二輸出給第二組四個(gè)儲存裝置其中之一； 第四開關(guān)電路，將第一組四個(gè)儲存裝置選擇性地與斬波放大器電路的第一輸出相耦合，將第二組四個(gè)儲存裝置與斬波放大器電路的第一輸出相I禹合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放大器電路，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四開關(guān)電路被設(shè)置為 通過應(yīng)用第一節(jié)點(diǎn)和斜對面的第三節(jié)點(diǎn)的一電流和取樣電壓，測量和儲存第一取樣電壓，電流流入到第二和第四節(jié)點(diǎn)之間，因此，關(guān)于第一節(jié)點(diǎn)，電流在霍爾板中從右邊流入左邊，關(guān)于第二節(jié)點(diǎn)，電流在霍爾板中從左邊流入右邊； 重復(fù)以上測量和儲存不同節(jié)點(diǎn)三次，取四個(gè)取樣電壓的平均數(shù)，供應(yīng)給輸出霍爾電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器電路，其特征在于，進(jìn)一步包括了控制電路，用于發(fā)出時(shí)鐘信號去完成在四個(gè)不同時(shí)間周期的測量和儲存步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放大器電路，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四開關(guān)電路包括MOS晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放大器電路，其特征在于，所述第、第二、第三、第四開關(guān)電路包括雙極性晶體管。
6.一種霍爾電壓傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括 與電源相耦合的輸入端子； 第一和第二差分輸出端子； 電流源，與所述輸入端子耦合并提供電流； 霍爾板有四個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別定為節(jié)點(diǎn)A，B，C，D ; 在差分結(jié)構(gòu)中的第一和第二放大器電路； 多個(gè)電容器； 由一套時(shí)鐘信號影響的開關(guān)電路，該開關(guān)電路 在第一時(shí)間階段，從D到B接通第一電流，C和D分別與所述第一和第二放大器電路的輸入端子相稱合，第一和第二電容器分別給第一和第二放大器的輸出充電； 在第二時(shí)間階段，從C到A接通第二電流，D和B分別與第一和第二放大器電路的輸入端子相耦合，第三和第四電容器分別給第一和第二放大器的輸出充電； 在第三時(shí)間階段，從B到D接通第三電流，C和A分別與第一和第二放大器電路的輸入端子相稱合，第五和第六電容器分別給第一和第二放大器的輸出充電； 在第四時(shí)間階段，從A到C接通第三電流，B和D分別與第一和第二放大器電路的輸入端子相稱合，第七和第八電容器分別給第一和第二放大器的輸出充電； 在第五時(shí)間階段，第一、第二、第三、和第四電容器與第一差分輸出端子相I禹合，第五、第六、第七、和第八電容器與第二差分輸出端子相耦合； 其中，一差分霍爾電壓信號由第一和第二差分輸出端子所提供；第一輸出端的電壓是第一、第二、第三、和第四電容器電壓的平均值，第二輸出端的電壓是第五、第六、第七、和第八電容器電壓的平均值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的霍爾電壓傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)電路包括MOS晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的霍爾電壓傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)電路包括雙極性晶體管。
9.一種有四個(gè)端子的測試設(shè)備的測試電路，電路包括 供電給測試設(shè)備的電源； 接地端子； 第一和第二差分輸出端子； 具有第一及第二輸入和第一及第二輸出的差分放大器電路； 第一組的四個(gè)儲存裝置； 第二組的四個(gè)儲存裝置； 第一個(gè)開關(guān)電路，用于將四個(gè)節(jié)點(diǎn)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇性地與電源或者接地端子相耦合； 第二開關(guān)電路，將測試裝置四個(gè)端子的每一個(gè)選擇性地與差分放大器的輸入相耦合；第三開關(guān)電路，用于儲存差分放大器電路的第一或第二輸出其中之，供應(yīng)給第一組的四個(gè)儲存裝置其中之一；儲存差分放大器電路的另一個(gè)輸出供應(yīng)給第二組的四個(gè)儲存裝置其中之一； 第四開關(guān)電路，用于將第一組的四個(gè)儲存裝置選擇性的與系統(tǒng)的第一差分輸出相耦合，第二組的四個(gè)儲存裝置與系統(tǒng)的第二差分輸出相耦合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測試電路，其特征在于，開關(guān)電路有以下配置 在第一和第二節(jié)點(diǎn)測量和儲存第一取樣信號，在第三和第四節(jié)點(diǎn)之間與電源相耦合； 以不同節(jié)點(diǎn)配置重復(fù)以上測量和儲存三次； 根據(jù)四次測量的取樣信號決定測試電路的輸出值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測試電路，信號取樣包含電壓信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測試電路，信號取樣包含電流信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測試電路，測試電路是測試霍爾板。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測試電路，開關(guān)電路包含MOS晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測試電路，開關(guān)電路包含雙極晶體管。
16.一種用于測定有四個(gè)節(jié)點(diǎn)的霍爾板的霍爾電壓的方法，該方法包括 執(zhí)行以下四個(gè)節(jié)點(diǎn)中每一個(gè)的取樣步驟選擇四個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)；提供一電流，該電流從被選節(jié)點(diǎn)逆時(shí)針相鄰的第一節(jié)點(diǎn)流向被選節(jié)點(diǎn)順時(shí)針相鄰的第二節(jié)點(diǎn)；確定被選節(jié)點(diǎn)對面的第三節(jié)點(diǎn)上的電壓，該電壓在第一組取樣電壓中；確定被選節(jié)點(diǎn)上的電壓，該電壓在第二組取樣電壓中； 根據(jù)第一組取樣電壓來測定第一差分輸出電壓； 根據(jù)第二組取樣電壓來測定第二差分輸出電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其特征在于,第一差分輸出電壓等于第一組取樣電壓的平均值，第二差分輸出電壓等于第二組取樣電壓的平均值。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，包括第一組取樣電壓中的電壓，該第一組取樣電壓包含代表第一組電容器上其中一電壓的儲存電荷。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，包括第一組取樣電壓中的電壓，該第一組取樣電壓包含代表一內(nèi)存設(shè)備中電壓的儲存數(shù)值。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，更進(jìn)一步包括 通過計(jì)算機(jī)處理器控制取樣步驟 在內(nèi)存設(shè)備中的儲存電壓值；以及 利用計(jì)算機(jī)處理器，在第一和第二組取樣電壓的基礎(chǔ)上來計(jì)算差分輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種適用于傳感霍爾電壓的斬波放大器電路，包括霍爾取樣電路；差分放大器；第二開關(guān)電路；霍爾電壓信號保持電路；第三開關(guān)電路以及第四開關(guān)電路。本發(fā)明提出了更加有效、更加精確的斬波放大器(Chopper Amplifier)電路。這里所說的“更加有效”，是指采用與傳統(tǒng)霍爾電壓取樣不同的方法，對霍爾電壓采用四次取樣，從而能更加有效地消除失調(diào)電壓對霍爾輸出電壓的影響。這里所說的“更加精確”，是指采用差分輸入差分輸出放大器，能更加快速、更加精確地放大霍爾電壓信號，取出有效的霍爾電壓。
文檔編號G01R33/07GK102820860SQ20121026141
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者胡金璽, 黃緒江, 王家斌 申請人:上海新進(jìn)半導(dǎo)體制造有限公司