一种基于霍尔板的旋转电流电路的制作方法

1.本实用新型涉及电学技术领域，具体为一种基于霍尔板的旋转电流电路。


背景技术：

2.霍尔磁场传感器是一种基于霍尔效应的磁电转换器件。在霍尔传感器集成电路中，把霍尔器件和放大器，信号处理电路，驱动电路集成在同一颗芯片上。其中霍尔器件把感应到磁场信号转化成微弱的电信号，放大器电路把微弱的电信号放大到一定幅度，后续的信号处理电路输出反应磁场变换信息的波形。霍尔传感器集成电路具有体积小，成本低，功耗小，响应快，抗干扰强等优点。目前在工业控制，汽车电子，仪器制造等领域获得了广泛的应用。
3.由于硅材料的电子迁移率比较低，基于目前主流硅工艺制作的霍尔传感器，其磁场灵敏度低。另外，由于芯片制造过程中各种非理想因数，会产生较高的霍尔器件失调电压。因此有效的消除霍尔板以及后续信号处理电路中的失调电压，一直是霍尔传感器设计中的难点。目前一般采用两相，四相，八相旋转电流技术来消除霍尔板本身的失调电压，另外，采用斩波调制技术，双相关采样技术等来消除后续放大器引入的失调电压。
4.在目前的旋转电流技术中，会不可避免的引入传输门关闭时带来电荷注入噪声，另外，由于电子迁移率比空穴迁移率高，霍尔板器件一般用n型材料来实现，目前主流工艺经常常用n阱来实现，当生产线提供的n阱掺杂浓度比较高，霍尔板的有效导通电阻会很低，这样会引起芯片的功耗增加，这些都是集成霍尔传感器遇到的设计难题。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术中所存在的问题，本实用新型公开了一种基于霍尔板的旋转电流电路，采用的技术方案是，包括一号时钟生产电路、霍尔板，所述时钟生产电路的clk1和clk2连接所述霍尔板，所述霍尔板设有a、b、c、d四个端口，所述霍尔板通过a、b、c、d四个端口连接pmos和nmos，所述pmos还包括mp1、mp2、mp3、mp4；所述nmos还包括mn1、mn2、mn3、mn4，所述霍尔板连接一号电源vdd，所述pmos和所述nmos连接一号放大器，所述一号放大器连接一号信号处理电路，还包括时钟生产电路，所述时钟生产电路通过ck1 和ck2连接一号反相器和二号反相器，再将输入信号的相位反转180
°
的同时，一号反相器也可以在电路应用中模拟电路，所述一号反相器通过二极管连接mp18，所述mp18与电源vdd相连，所述电源vdd的输出端与霍尔板h2相连；所述二号反相器通过所述二极管连接mp20，所述mp20连接所述电源 vdd，所述电源vdd的输出端与所述霍尔板h2相连，所述霍尔板h2与霍尔板 h1相连；预放大电路包括一号预放大电路和二号预放大电路，所述霍尔板h1 与一号预放大电路的pmos管相连，所述霍尔板h2与二号预放大电路的pmos 管相连；所述一号预放大电路和所述二号预放大电路的voutp和voutn均与放大器相连，所述放大器与所述信号处理电路相连；所述预放大电路内设有偏置电压。
6.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述一号反相器包括mp19和 mp10；所述二
号反相器包括mp21和mn11，通过一号反相器和二号反相器，可以将输入信号的相位翻转180
°
。
7.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述一号预放大电路的pmos管包括mp11和mp12；所述二号预放大电路的pmos管包括mp14、mp15。
8.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述霍尔板h1的端口包括a1、 b1、c1、d1，所述电源vdd的输出端与所述b1相连；所述a1和所述c1分别与所述mp11和所述mp15之间相连。
9.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述霍尔板h2的端口包括a2、 b2、c2、d2，所述d1与所述c2相连；所述b2和所述d2分别与所述mp14和诉述mp15之间相连。
10.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述偏置电压包括vph、vnh、 vnl，通过偏置电压防止信号落入截止区引起截止失真。
11.本实用新型的有益效果：本实用新型通过各个部件之间的连接和设计一方面可以极大的消除霍尔板结构中的失调电压；另一方面，在保证灵敏度保持基本不变的情况，有效的减小霍尔板上的电流，减小霍尔传感器的功耗，同时，减小了旋转电流电路中的传输门数目，保持电路简单的同时减小传输门引起的噪声和失调，提高了其使用寿命，减小了设备损耗，有效的降低了制作和使用成本。
12.进一步的，通过偏置电压使晶体管中的放大电路时刻处于放大状态，防止信号落入截止区引起截止失真。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
14.图1为本实用新型结构示意图之图一；
15.图2为本实用新型结构示意图之图二；
16.图3为本实用新型结构示意图之图三；
17.图4为本实用新型结构示意图之图四；
18.图5为本实用新型结构示意图之图五。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
20.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
21.实施例1
22.如图1至图5，本实用新型公开了一种基于霍尔板的旋转电流电路，采用的技术方案是，包括一号时钟生产电路、霍尔板，所述时钟生产电路的clk1 和clk2连接所述霍尔板，所述霍尔板设有a、b、c、d四个端口，所述霍尔板通过a、b、c、d四个端口连接pmos和nmos，所述pmos还包括mp1、mp2、 mp3、mp4；所述nmos还包括mn1、mn2、mn3、mn4，所述霍尔板连接一号电源 vdd，所述pmos和所述nmos连接一号放大器，所述一号放大器连接一号信号处理电路，还包括时钟生产电路，所述时钟生产电路通过ck1和ck2连接一号反相器和二号反相器，通过二号反相器调制波形，将不规则波形整成矩形波，所述一号反相器通过二极管连接mp18，所述mp18与电源vdd相连，所述电源 vdd的输出端与霍尔板h2相连；所述二号反相器通过所述二极管连接mp20，再将输入信号的相位反转180
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的同时，二号反相器也可以在电路应用中模拟电路，所述mp20连接所述电源vdd，所述电源vdd的输出端与所述霍尔板h2 相连，所述霍尔板h2与霍尔板h1相连；预放大电路包括一号预放大电路和二号预放大电路，所述霍尔板h1与一号预放大电路的pmos管相连，所述霍尔板 h2与二号预放大电路的pmos管相连，通过二号预放大电路以要放大的信号的小能量来控制用来直接工作的大能量；所述一号预放大电路和所述二号预放大电路的voutp和voutn均与放大器相连，通过放大器把输入讯号的电压或功率进行放大，所述放大器与所述信号处理电路相连；所述预放大电路内设有偏置电压。
23.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述一号反相器包括mp19和 mp10；所述二号反相器包括mp21和mn11，再将输入信号的相位反转180
°
的同时，一号反相器和二号反相器也可以在电路应用中模拟电路。
24.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述一号预放大电路的pmos管包括mp11和mp12；所述二号预放大电路的pmos管包括mp14、mp15。
25.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述霍尔板h1的端口包括a1、 b1、c1、d1，所述电源vdd的输出端与所述b1相连；所述a1和所述c1分别与所述mp11和所述mp15之间相连。
26.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述霍尔板h2的端口包括a2、 b2、c2、d2，所述d1与所述c2相连；所述b2和所述d2分别与所述mp14和诉述mp15之间相连。
27.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述偏置电压包括vph、vnh、 vnl，通过偏置电压使晶体管中的放大电路时刻处于放大状态。
28.本实用新型的工作原理：如图一传统两相霍尔传感器中，当时钟产生电路clk2为高，钟产生电路clk1为低时，由钟产生电路clk2控制的pmos mp2 关闭，nmos mn2打开；由钟产生电路clk1控制的pmos mp1打开，nmos mn1 关闭；这样霍尔板的端口a和电源vdd相连，端口c和地相连，图1中霍尔板 a，c两端的等效电阻为r，那么霍尔板上流过的电流为当有大小为b的磁场作用在芯片霍尔板上时，会在霍尔板的b，d两端产生大小为vh的小信号电压，其中vh和经过霍尔板的电流以及磁场b成正比，mp3和mn4开启，把b，d 两端的小信号电压输入到放大器的两个输入端。
29.在下一时钟步来临时，clk2变低，clk1变高，霍尔板的端口b和电源 vdd相连，端口d和地相连，考虑到霍尔板采用正方形的结构，可以认为这个时候流经b，d两端的电流也是那么这个时候会在霍尔板的c，a两端产生大小为vh的小信号电压。
30.在clk1和clk2高低电平切换的时候，会把clk1和clk2控制的pmos 管mp3，mp4以及nmos管mn3，mn4上的沟道电荷耦合到运放的输入端，干扰霍尔板上产生的电信号。
31.为了解决传统霍尔传感器电路的两个问题，如图三，当ck2为高，ck1 为低时，pmos管mp18，mp19，霍尔板h1的b1，d1端，霍尔板h2的c2，a2 端，nmos管mn11构成一条从vdd到gnd之间的电流通路，假设h1，h2都采用图1中霍尔板系统的尺寸和结构，流经霍尔板h1，h2的电流为其中 vth为pmos管的开启电压，这个时候h1的c1，a1端产生的共模电压为当有大小为b的磁场作用在芯片霍尔板上时，会在这两端产生大小略小于的小信号电压，h2的d2，b2端产生的共模电压为当有大小为b的磁场作用在芯片霍尔板上时，会在这两端产生大小略小于的小信号电压，后续的预放大电路实现了这两个小信号电压的求和放大；当ck1为高， ck2为低时，pmos管mp20，mp21，霍尔板h2的a2，c2端，霍尔板h1的d1， b1端，nmos管mn10构成一条从vdd到gnd之间的电流通路，假设h1，h2都采用图1中霍尔板系统的尺寸和结构，流经霍尔板h1，h2的电流为其中vth为pmos管的开启电压，这个时候h2的b2，d2端产生的共模电压为当有大小为b的磁场作用在芯片霍尔板上时，会在这两端产生大小略小于的小信号电压，h1的a1，c1端产生的共模电压为当有大小为b的磁场作用在芯片霍尔板上时，会在这两端产生大小略小于的小信号电压，后续的预放大电路实现了这两个小信号电压的求和放大。
32.本实用新型涉及的电路连接为本领域技术人员采用的惯用手段，可通过有限次试验得到技术启示，属于公知常识。
33.本文中未详细说明的部件为现有技术。
34.上述虽然对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。