片上磁敏式霍爾傳感器失調(diào)和噪聲消除技術的研究.pdf

1、采用CMOS或BiCMOS工藝的磁敏式霍爾傳感器是一種基于霍爾效應的磁電轉換元件，憑借其工藝簡單、體積小、生產(chǎn)成本低、安裝簡便、工作電壓范圍寬、使用壽命長、測量精度高以及防塵、防油等優(yōu)點，己經(jīng)廣泛地應用到工業(yè)變頻控制、交通運輸、醫(yī)療系統(tǒng)、電子消費品和各類智能儀表等領域。但是這類傳感器容易受到制造工藝、外界溫度以及機械應力的影響，使得輸出信號中混疊較高的失調(diào)電壓和低頻噪聲，從而嚴重影響微弱霍爾信號的檢測。目前消除失調(diào)電壓和低頻噪聲的電路有

2、很多，大體包括二相或四相旋轉電流控制電路、斬波調(diào)制電路、自穩(wěn)零電路以及雙相夫采樣電路等。其中旋轉電流控制電路的結構簡單，既能有效放大微弱的霍爾信號，又能動態(tài)消除失調(diào)電壓。自穩(wěn)零和雙相夫采樣電路都需要經(jīng)過采樣、保持過程，故信號的輸入端將引入較大的殘余失調(diào)，只適用于一般的數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)。而斬波調(diào)制電路引入的失調(diào)電壓較低，能夠適用于要求嚴格的連續(xù)信號處理系統(tǒng)。
　　本文設計的調(diào)理電路主要目標是既要放大微弱的霍爾信號，又能消除失調(diào)電壓和低頻

3、噪聲。首先需要采用運算放大器放大霍爾信號，而運放自身的偏置又源自于帶隙基準電壓源，因此二者都是本文設計的重點。為了消除失調(diào)電壓，本文采用了二相旋轉電流控制電路，其需要 RC振蕩器提供時鐘控制信號，該調(diào)理電路中的高通濾波器還可以濾除信號中存在的閃爍噪聲。主要工作內(nèi)容是設計一種片上磁敏式霍爾傳感器失調(diào)和噪聲消除的調(diào)理電路，該電路包括磁敏式霍爾傳感器、旋轉電流控制電路、儀用放大器、帶隙基準電壓源、比較器、施密特觸發(fā)器以及RC振蕩器。首先通過旋

4、轉電流控制電路將霍爾片的輸出信號分解為極性周期性變化的霍爾電壓信號以及極性恒定不變的失調(diào)信號，再經(jīng)過儀用放大器的放大、施密特觸發(fā)器、高通濾波器以及比較電路的處理，進而輸出開夫型霍爾信號。該調(diào)理電路不僅能夠有效地放大微弱的霍爾信號，而且還能動態(tài)消除失調(diào)電壓和噪聲。
　　本文首先介紹了調(diào)理電路中各子電路的設計過程以及仿真分析，并且對其性能進行優(yōu)化，然后完成整體版圖布局與后模擬仿真。在CSMC0.5umCMOS工藝下，由Cadence仿

5、真結果表明，該調(diào)理電路能夠在2V至4V的電源電壓下正常工作，其子電路中儀用放大器的開環(huán)增益為72dB，相位裕度為60度，帶隙基準電壓源的溫漂系數(shù)為3.125 PPm/℃，電源抑制比為59dB，靜態(tài)功耗為32.7uW，RC振蕩器的頻率約為0.5SMHZ，這些都能滿足該調(diào)理電路的指標要求。并且當磁敏式霍爾傳感器檢測到外加磁場頻率為1kHZ，大小5mT時，該調(diào)理電路最大可以消除14mV的失調(diào)電壓。當失調(diào)電壓為10mV時，該調(diào)理電路至少需要4.