專利名稱：帶溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栭_關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種霍爾開關(guān)電路，特別涉及一種帶溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栭_關(guān)電路。
背景技術(shù)：
霍爾效應(yīng)的原理為對(duì)一塊合適的霍爾材料，如果沿其X方向上通電VK，Y方向上 加磁場B，則Z方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電壓VH，Vh稱為霍爾電壓，其與磁場B，電壓Vk和材料自身 的關(guān)系為
(1)其中L，W為該霍爾材料的長和寬，σ(奈)為幾何修正因子，μ Η為霍爾遷移率。半導(dǎo)體是很好的霍爾效應(yīng)材料，所以，半導(dǎo)體集成霍爾效應(yīng)傳感器被廣泛地應(yīng)用 在各種電子設(shè)備中?；魻栭_關(guān)為霍爾傳感器中的一種，其原理為利用集成半導(dǎo)體霍爾片感 應(yīng)外部磁場，輸出數(shù)字邏輯0或1。其傳輸特性如圖1所示，當(dāng)外部磁場大于工作點(diǎn)磁場強(qiáng) 度Btff時(shí)，輸出為0 ；當(dāng)外部磁場小于釋放點(diǎn)磁場強(qiáng)度Bkp時(shí)，輸出為1。常規(guī)霍爾開關(guān)電路構(gòu)成模塊如圖2所示，包括穩(wěn)壓器201，霍爾感應(yīng)片202，霍爾電 壓差分放大器203，遲滯比較器204和輸出單元205。設(shè)霍爾電壓差分放大器的增益為Av，遲滯比較器的遲滯寬度為νω，則有AVVH = Vco (2)不考慮符號(hào)，由式⑴和⑵得到Btff和Bkp的表達(dá)式統(tǒng)一為 式(3)中μ Η隨溫度的升高而下降，也就是負(fù)溫度特性，要使Btff和Bkp有很好的溫
W
度穩(wěn)定性，必需使式(3)中其他的參數(shù)有合適的溫度系數(shù)以抵消負(fù)溫度系數(shù)。而Y
L
和這兩項(xiàng)幾何參數(shù)溫度系數(shù)很小，可忽略，所以只能對(duì)Vro，Av和Vk中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)進(jìn) 行溫度補(bǔ)償。根據(jù)上述特點(diǎn)，公開號(hào)為CN101290233A的中國專利申請(qǐng)公布了一種溫度補(bǔ)償方 法，式(3)中Av和Vk對(duì)溫度恒定的條件下，調(diào)節(jié)Vro的溫度系數(shù)以減少μ 溫度系數(shù)的影 響，最終減少Btff和Bkp的溫度系數(shù)。其電路實(shí)現(xiàn)要求一種類型的電阻的溫度系數(shù)為某一特 定值，這就要求工藝需要提供特定溫度系數(shù)值的電阻，對(duì)工藝的要求比較特殊。公開號(hào)為CN101290233的中國專利申請(qǐng)所用的方法是式(3)中Vro，Av保持對(duì)溫度 恒定的條件下，調(diào)節(jié)\的溫度系數(shù)以減少μ H的溫度系數(shù)的影響，最終減少Btff和Bkp的溫度 系數(shù)。其電路實(shí)現(xiàn)用一正溫度系數(shù)的項(xiàng)和一負(fù)溫度系數(shù)的項(xiàng)相加得到另一正溫系數(shù)的項(xiàng)以 減少μ Η的負(fù)溫度特性的影響。這種方法使得二階特性比較難以控制；考慮到材料特性的漂移，批量生產(chǎn)后的一致性也難以保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是要克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能消除μΗ溫度系 數(shù)的影響，且對(duì)工藝沒特殊要求也很好控制的帶溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栭_關(guān)電路。本發(fā)明的一種帶溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栭_關(guān)電路，包括穩(wěn)壓器，連接在所述穩(wěn)壓器的輸 出與地線之間的霍爾感應(yīng)片，兩個(gè)輸入端分別與所述霍爾感應(yīng)片相連的霍爾電壓差分放大 器，與所述霍爾電壓差分放大器的輸出端相連的遲滯比較器，以及與所述遲滯比較器的輸 出端相連的輸出單元，其特征在于，所述霍爾電壓差分放大器包括由兩個(gè)晶體管組成的差 分輸入對(duì)，偏置所述差分輸入對(duì)的正比于絕對(duì)溫度的電流源，以及分別串接在所述差分輸 入對(duì)的每個(gè)晶體管上的一與所述霍爾感應(yīng)片同材料制成的負(fù)載電阻。本發(fā)明給出的帶溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栭_關(guān)電路通過使式(3)中Vk^PVk保持對(duì)溫度恒 定，準(zhǔn)確控制霍爾電壓差分放大器的增益Av的溫度系數(shù)，使其與μ Η的溫度系數(shù)大小相等， 符號(hào)相反，二者的溫度系數(shù)因而相互抵消，得到對(duì)溫度恒定的Btff和ΒΚΡ。該霍爾電壓差分放 大器的結(jié)構(gòu)為以正比于絕對(duì)溫度的電流來偏置晶體管差分輸入對(duì)，與霍爾感應(yīng)片同類型 材料的電阻作為差分輸入對(duì)的負(fù)載。此結(jié)構(gòu)的霍爾電壓差分放大器的跨導(dǎo)具有對(duì)溫度恒定 的特性，所以，該放大器的增益Av的溫度系數(shù)僅與霍爾感應(yīng)片同類型材料的電阻的溫度特 性有關(guān)，其剛好可完全跟蹤μ Η的溫度特性(包括二階特性)，產(chǎn)生理想的抵消效果，并且工 藝漂移對(duì)一致性影響很小。


圖1是霍爾開關(guān)傳輸特性示意圖。圖2是常規(guī)霍爾開關(guān)電路原理圖。圖3是本發(fā)明霍爾開關(guān)電路的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的原理圖。圖4a_c是圖3中的霍爾電壓差分放大器的替代優(yōu)選實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖3-4對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述參照?qǐng)D3，本發(fā)明霍爾開關(guān)電路包括對(duì)溫度恒定的穩(wěn)壓器301，連接在穩(wěn)壓器301 的輸出與地線之間的霍爾感應(yīng)片302，兩個(gè)輸入端分別與霍爾感應(yīng)片302相連的霍爾電壓 差分放大器303，與該霍爾電壓差分放大器的輸出端相連的遲滯寬度對(duì)溫度恒定的遲滯比 較器304，以及與該遲滯比較器304的輸出端相連的輸出單元305。該霍爾電壓差分放大器 由正比于絕對(duì)溫度(PTAT)的電流源Iptat，兩個(gè)NPN晶體管Q1和Q2組成的差分輸入對(duì)和與 霍爾感應(yīng)片同類型材料的電阻REPI1，Repi2構(gòu)成。其中，PTAT電流源Iptat連接在兩個(gè)NPN晶 體管Q1和Q2的發(fā)射極與地線之間以偏置該差分輸入對(duì)，而與霍爾感應(yīng)片同類型材料的電阻 repi1，repi2作為該差分輸入對(duì)的負(fù)載，分別連接在該NPN晶體管Q1和Q2的集電極與穩(wěn)壓器 301的輸出之間，該NPN晶體管Q1和Q2的基極分別連接至霍爾感應(yīng)片302，遲滯比較器304 的兩個(gè)輸入端分別與該NPN晶體管Q1和Q2的集電極相連。
式(3)中γ ，Vco和Vk這四項(xiàng)的溫度系數(shù)可以忽略，由此得出Bqp和Bkp的溫 度系數(shù)為 式(4)中Av表達(dá)式可以寫為 式(5)中Repi為與霍爾感應(yīng)片同類型材料的電阻Rfkii，Repi2的值(二者相等)，Vt 為熱電勢(shì)，q為電子電荷，μ N，Nd，t，L1, W1依次為電阻Repii，Repi2的電子遷移率，摻雜濃度，厚 度，長度，寬度。因Iptat和Vt都正比于絕對(duì)溫度，所以Gm與溫度無關(guān)，即溫度系數(shù)為0。常 數(shù)q溫度系數(shù)為0，N1^tL1, W1這四項(xiàng)溫度系數(shù)都可忽略。所以Av的溫度系數(shù)只與41<有 關(guān)，Av的溫度系數(shù)為 由式(6)和式⑷得出Bqp和Bkp的溫度系數(shù) 因電阻Repi的材料類型和霍爾感應(yīng)片相同，所以由式(7)得出的Btff和Bkp的溫度 系數(shù)等于同一材料的電子遷移率的溫度系數(shù)和霍爾遷移率的溫度系數(shù)之差，而同一材料的 電子遷移率的溫度系數(shù)和霍爾遷移率的溫度系數(shù)是相等的，所以‘和Bkp的溫度系數(shù)為零。圖4a_c是圖3中霍爾電壓差分放大器電路(畫虛線框部分)的另外幾種實(shí)施例。 其中，圖4a的差分輸入對(duì)換成由兩個(gè)PNP晶體管構(gòu)成；圖4b的差分輸入對(duì)換成由工作在亞 閾區(qū)的兩個(gè)PMOS晶體管構(gòu)成；而圖4c的差分輸入對(duì)換成由工作在亞閾區(qū)的兩個(gè)NMOS晶體 管構(gòu)成。其偏置電流和負(fù)載電阻仍為PTAT電流源和與霍爾感應(yīng)片同類型材料的電阻，其本 質(zhì)都是實(shí)現(xiàn)霍爾電壓差分放大器的增益的溫度系數(shù)與μ H的溫度系數(shù)大小相等，符號(hào)相反 的功能。在圖4a中，PTAT電流源連接在兩個(gè)PNP晶體管的發(fā)射極與穩(wěn)壓器的輸出之間，而 兩個(gè)負(fù)載電阻分別連接在各PNP晶體管的集電極與地線之間，各PNP晶體管的基極分別連 接至霍爾感應(yīng)片，遲滯比較器的兩個(gè)輸入端分別與各PNP晶體管的集電極相連。在圖4b中，PTAT電流源連接在兩個(gè)PMOS晶體管的源極與穩(wěn)壓器的輸出之間，而 兩個(gè)負(fù)載電阻分別連接在各PMOS晶體管的漏極與地線之間，各PMOS晶體管的柵極分別連 接至霍爾感應(yīng)片，遲滯比較器的兩個(gè)輸入端分別與各PMOS晶體管的漏極相連。在圖4c中，PTAT電流源連接在兩個(gè)NMOS晶體管的源極與地線之間，而兩個(gè)負(fù)載 電阻分別連接在各NMOS晶體管的漏極與穩(wěn)壓器的輸出之間，各NMOS晶體管的柵極分別連 接至霍爾感應(yīng)片，遲滯比較器的兩個(gè)輸入端分別與各NMOS晶體管的漏極相連。本發(fā)明通過PTAT電流偏置差分輸入對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度恒定的Gm，再用與霍爾感應(yīng)片同類型材料的電阻做差分輸入對(duì)的負(fù)載，由此實(shí)現(xiàn)霍爾電壓差分放大器的增益的溫度系數(shù) 與霍爾遷移率的溫度系數(shù)具有大小相等，符號(hào)相反的特性，二者相互抵消得到零溫的Btff和 Bepo本發(fā)明實(shí)際實(shí)現(xiàn)簡單可控，對(duì)工藝無特殊要求，其不存工藝漂移影響一致性的問題。
以上實(shí)施例僅用于說明但不限制本發(fā)明。在權(quán)利要求的范圍內(nèi)本發(fā)明還有多種變 形和改進(jìn)。凡是依據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落 入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種帶溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栭_關(guān)電路，包括穩(wěn)壓器，連接在所述穩(wěn)壓器的輸出與地線之間的霍爾感應(yīng)片，兩個(gè)輸入端分別與所述霍爾感應(yīng)片相連的霍爾電壓差分放大器，與所述霍爾電壓差分放大器的輸出端相連的遲滯比較器，以及與所述遲滯比較器的輸出端相連的輸出單元，其特征在于，所述霍爾電壓差分放大器包括由兩個(gè)晶體管組成的差分輸入對(duì)，偏置所述差分輸入對(duì)的正比于絕對(duì)溫度的電流源，以及分別串接在所述差分輸入對(duì)的每個(gè)晶體管上的一與所述霍爾感應(yīng)片同材料制成的負(fù)載電阻。
2.如權(quán)利要求1所述的霍爾開關(guān)電路，其特征在于，所述差分輸入對(duì)由兩個(gè)NPN晶體管 組成，所述電流源連接在所述兩個(gè)NPN晶體管的發(fā)射極與地線之間，所述負(fù)載電阻分別連 接在各NPN晶體管的集電極與所述穩(wěn)壓器的輸出之間，各NPN晶體管的基極分別連接至所 述霍爾感應(yīng)片，所述遲滯比較器的兩個(gè)輸入端分別與各NPN晶體管的集電極相連。
3.如權(quán)利要求1所述的霍爾開關(guān)電路，其特征在于，所述差分輸入對(duì)由兩個(gè)PNP晶體管 組成，所述電流源連接在所述兩個(gè)PNP晶體管的發(fā)射極與所述穩(wěn)壓器的輸出之間，所述負(fù) 載電阻分別連接在各PNP晶體管的集電極與地線之間，各PNP晶體管的基極分別連接至所 述霍爾感應(yīng)片，所述遲滯比較器的兩個(gè)輸入端分別與各PNP晶體管的集電極相連。
4.如權(quán)利要求1所述的霍爾開關(guān)電路，其特征在于，所述差分輸入對(duì)由工作在亞閾區(qū) 的兩個(gè)PMOS晶體管組成，所述電流源連接在所述兩個(gè)PMOS晶體管的源極與所述穩(wěn)壓器的 輸出之間，而所述負(fù)載電阻分別連接在各PMOS晶體管的漏極與地線之間，各PMOS晶體管的 柵極分別連接至所述霍爾感應(yīng)片，所述遲滯比較器的兩個(gè)輸入端分別與各PMOS晶體管的 漏極相連。
5.如權(quán)利要求1所述的霍爾開關(guān)電路，其特征在于，所述差分輸入對(duì)由工作在亞閾區(qū) 的兩個(gè)NMOS晶體管組成，所述電流源連接在所述兩個(gè)NMOS晶體管的源極與地線之間，所述 負(fù)載電阻分別連接在各NMOS晶體管的漏極與所述穩(wěn)壓器的輸出之間，各NMOS晶體管的柵 極分別連接至所述霍爾感應(yīng)片，所述遲滯比較器的兩個(gè)輸入端分別與各NMOS晶體管的漏 極相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栭_關(guān)電路，包括穩(wěn)壓器，連接在所述穩(wěn)壓器的輸出與地線之間的霍爾感應(yīng)片，兩個(gè)輸入端分別與所述霍爾感應(yīng)片相連的霍爾電壓差分放大器，與所述霍爾電壓差分放大器的輸出端相連的遲滯比較器，以及與所述遲滯比較器的輸出端相連的輸出單元，其特征在于，所述霍爾電壓差分放大器包括由兩個(gè)晶體管組成的差分輸入對(duì)，偏置所述差分輸入對(duì)的正比于絕對(duì)溫度的電流源，以及分別串接在所述差分輸入對(duì)的每個(gè)晶體管上的一與所述霍爾感應(yīng)片同材料制成的負(fù)載電阻。本發(fā)明的霍爾開關(guān)電路能消除μH溫度系數(shù)的影響，且對(duì)工藝沒特殊要求也很好的控制。
文檔編號(hào)H03F1/30GK101886933SQ201010228329
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者吳玉江, 張良, 羅立權(quán) 申請(qǐng)人:燦瑞半導(dǎo)體(上海)有限公司