霍爾開關(guān)電路及其啟動(dòng)與偏置電路制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)揭示了一種霍爾開關(guān)電路及其啟動(dòng)與偏置電路，所述開關(guān)電路包括：?jiǎn)?dòng)與偏置電路、穩(wěn)壓器、霍爾感應(yīng)元件；所述啟動(dòng)與偏置電路包括至少一個(gè)與所述霍爾感應(yīng)元件同材料制成的電阻或電阻等效元件；啟動(dòng)與偏置電路的輸出電流提供至所述穩(wěn)壓器。所述啟動(dòng)與偏置電路包括至少一個(gè)電流鏡，用以使啟動(dòng)與偏置電路的輸出電流按照設(shè)定比例放大或縮小。本實(shí)用新型專利技術(shù)提出的霍爾開關(guān)電路及其啟動(dòng)與偏置電路，解決了霍爾開關(guān)集成電路中穩(wěn)壓器的輸出電壓隨著溫度的變化而變化的問題，通過補(bǔ)償穩(wěn)壓器的偏置電流，提高了穩(wěn)壓器的溫度特性。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于集成電路設(shè)計(jì)
，涉及一種開關(guān)電路，尤其涉及一種霍爾開關(guān)電路；同時(shí)，本技術(shù)還涉及一種霍爾開關(guān)電路的啟動(dòng)與偏置電路。
技術(shù)介紹
霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理將霍爾感應(yīng)元件、放大器、補(bǔ)償電路和其他電子線路、利用集成電路工藝技術(shù)集成在一個(gè)芯片上而制成，它具有體積小、壽命長(zhǎng)、非接觸式感應(yīng)以及頻率高等有點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于無刷電機(jī)、電子儀器儀表、工業(yè)控制等領(lǐng)域。霍爾開關(guān)集成電路是霍爾傳感器家族的重要成員，它根據(jù)外界磁場(chǎng)的變化輸出具有一定窗口的數(shù)字信號(hào)，可被用于接近開關(guān)、位置傳感器、和速度角度測(cè)量等領(lǐng)域。霍爾集成電路一般有恒流和恒壓兩種模式，由于恒流模式對(duì)半導(dǎo)體工藝的一致性特別敏感，很難批量生產(chǎn)，所以現(xiàn)今的霍爾集成電路大多采用恒壓模式，即在芯片內(nèi)部集成一個(gè)穩(wěn)壓器產(chǎn)生恒定的電壓為霍爾感應(yīng)元件和其他電子電路供電。為了增加霍爾感應(yīng)磁場(chǎng)的靈敏度，霍爾感應(yīng)元件在雙極工藝中由N型外延制成，在MOS工藝中則由N型阱制成，N型外延或者阱的參雜濃度都比較淡，約為lX10E15/cm3;如圖1所示，霍爾感應(yīng)元件大多為正方形或長(zhǎng)方形，電源與地連接在一個(gè)對(duì)角線接觸點(diǎn)，而感應(yīng)電壓輸出連接在另一個(gè)對(duì)角線接觸點(diǎn)。為了減小封裝和測(cè)試應(yīng)力對(duì)霍爾感應(yīng)元件的影響，在實(shí)際電路中采用四個(gè)元件并聯(lián)的形式。假設(shè)常溫下一個(gè)由N型外延做成的霍爾感應(yīng)元件等效電阻大約為4000歐姆，四個(gè)并聯(lián)的等效電阻則為1000歐姆，穩(wěn)壓器的輸出電壓約為3V，根據(jù)歐姆定律，流過四個(gè)霍爾感應(yīng)元件的電流為3mA。根據(jù)半導(dǎo)體物理原理，N型外延層有很大的溫度系數(shù)，當(dāng)環(huán)境溫度為150°時(shí)，四個(gè)霍爾感應(yīng)元件的等效電阻從常溫下的1000歐姆變?yōu)?500歐姆，流經(jīng)它們的電流為1. 2mA ;當(dāng)環(huán)境溫度為一 40°時(shí)，四個(gè)霍爾感應(yīng)元件的等效電阻從常溫下的1000歐姆減小為約500歐姆，流經(jīng)它們的電流為6mA。也就是說當(dāng)環(huán)境溫度從150°減小到一40°時(shí)，4個(gè)霍爾感應(yīng)元件上的電流會(huì)從1. 2mA增加到6mA，變化量達(dá)4. 8mA應(yīng)用于汽車電子和工業(yè)控制等領(lǐng)域的高檔霍爾傳感器要求在一 40°到150°的溫度范圍內(nèi)霍爾傳感器的開關(guān)動(dòng)作點(diǎn)要保持基本恒定，所以需要在霍爾集成電路內(nèi)集成各種溫度補(bǔ)償電路。美國(guó)霍尼韋爾公司的專利號(hào)為5055768的溫度補(bǔ)償辦法和公開號(hào)為CN101886933的中國(guó)專利申請(qǐng)使用的方法都假定穩(wěn)壓器的輸出電壓沒有溫度系數(shù)并且不隨穩(wěn)壓器的負(fù)載電流變化而變化。但是事實(shí)上隨著溫度從150°變化到一 40°，穩(wěn)壓器的負(fù)載電流從1.2mA增加到6mA，4. 8mA的負(fù)載電流使穩(wěn)壓器的輸出電壓發(fā)生了很大變化，從而大大影響了霍爾開關(guān)集成電路開關(guān)動(dòng)作點(diǎn)的溫度特性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種霍爾開關(guān)電路，通過補(bǔ)償穩(wěn)壓器的偏置電流，提高了穩(wěn)壓器的溫度特性。此外，本技術(shù)進(jìn)一步提供霍爾開關(guān)電路的啟動(dòng)與偏置電路，通過補(bǔ)償穩(wěn)壓器的偏置電流，提高了穩(wěn)壓器的溫度特性。為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用如下技術(shù)方案一種霍爾開關(guān)電路，所述開關(guān)電路包括啟動(dòng)與偏置電路、穩(wěn)壓器、霍爾感應(yīng)元件;所述啟動(dòng)與偏置電路包括至少一個(gè)與所述霍爾感應(yīng)元件同材料制成的電阻或電阻等效元件；啟動(dòng)與偏置電路的輸出電流提供至所述穩(wěn)壓器。作為本技術(shù)的一種優(yōu)選方案，所述啟動(dòng)與偏置電路包括至少一個(gè)電流鏡，用以使啟動(dòng)與偏置電路的輸出電流按照設(shè)定比例放大或縮小。作為本技術(shù)的一種優(yōu)選方案，所述電流鏡由至少兩個(gè)NPN晶體管或至少兩個(gè)PNP晶體管或至少兩個(gè)NMOS管或至少兩個(gè)PMOS管組成。作為本技術(shù)的一種優(yōu)選方案，啟動(dòng)與偏置電路連接在電源VCC與公共地線GND之間；穩(wěn)壓器連接在電源VCC與公共地GND之間，穩(wěn)壓器的偏置由啟動(dòng)與偏置電路的輸出電流提供，穩(wěn)壓器的輸出為穩(wěn)壓信號(hào)VR ;霍爾感應(yīng)兀件連接在穩(wěn)壓器的輸出VR與公共地GND之間，其輸出連接到下級(jí)放大器；所述啟動(dòng)與偏置電路包括電阻Rl1、電阻Rl2、晶體管Q21、晶體管Q22、晶體管Q24、晶體管Q25 ;所述穩(wěn)壓器包括晶體管Q23 ;其中，晶體管Q21、晶體管Q22為PNP晶體管，晶體管Q23、晶體管Q24、晶體管Q25為NPN晶體管；電阻Rll連接在電源VCC與NPN晶體管Q25的集電極之間，電阻Rll提供上電啟動(dòng)電流，確保在上電后晶體管Q25工作在放大區(qū)；電阻R12為跟蹤所述霍爾感應(yīng)元件電流的電阻，選用與霍爾感應(yīng)元件相同材料的電阻類型，連接在晶體管Q25的基極與公共地GND之間；晶體管Q25與電阻R12共同產(chǎn)生啟動(dòng)與偏置電路的基準(zhǔn)電流，電阻R12由N型外延層制成；晶體管Q21和晶體管Q22的發(fā)射極都接在電源VCC，基極連接在一起，晶體管Q22與晶體管Q21的集電極共同連接到晶體管Q24的集電極，晶體管Q24的基極與晶體管Q25的集電極相連；PNP晶體管Q21和Q22組成電流鏡，對(duì)晶體管Q25和電阻R12產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流進(jìn)行放大；晶體管Q23是穩(wěn)壓器的輸出調(diào)整NPN晶體管，其集電極與電源VCC相連，發(fā)射極即為穩(wěn)壓器的輸出VR，晶體管Q23的基極與晶體管Q22的集電極相連，接收晶體管Q22的一部分集電極電流；當(dāng)環(huán)境溫度減小/變大時(shí)，霍爾感應(yīng)元件的等效電阻減小/變大，即穩(wěn)壓器的負(fù)載變大/減小，如果穩(wěn)壓器的偏置電流不變，則穩(wěn)壓器的輸出電壓VR會(huì)變小/變大；由于啟動(dòng)與偏置電路中的電阻R12電阻類型與霍爾感應(yīng)元件相同，即電阻R12的電阻值也會(huì)變小/變大，流過電阻R12的電流增加/減少，經(jīng)過電流鏡放大后，最后導(dǎo)致晶體管Q22的集電極電流也增加/減少，即穩(wěn)壓器的調(diào)整晶體管輸入電流增加/減少，從而使穩(wěn)壓器的輸出電壓VR抬高/降低，補(bǔ)償由于穩(wěn)壓器負(fù)載增加/減少導(dǎo)致的VR電壓值減小/變大。作為本技術(shù)的一種優(yōu)選方案，啟動(dòng)與偏置電路連接在電源VCC與公共地線GND之間；穩(wěn)壓器連接在電源VCC與公共地GND之間，穩(wěn)壓器的偏置由啟動(dòng)與偏置電路的輸出電流提供，穩(wěn)壓器的輸出為穩(wěn)壓信號(hào)VR ;霍爾感應(yīng)元件連接在穩(wěn)壓器的輸出VR與公共地GND之間，其輸出連接到下級(jí)放大器；所述啟動(dòng)與偏置電路包括電阻R31、電阻R32、晶體管Q31、晶體管Q32、晶體管Q34、晶體管Q35、晶體管Q36、晶體管Q37 ;所述穩(wěn)壓器包括晶體管Q33 ;其中，晶體管Q31、晶體管Q32、晶體管Q34、晶體管Q37為PNP晶體管，晶體管Q33、晶體管Q35、晶體管Q36為NPN晶體管；電阻R32的一端接到地線，另一端與晶體管Q34的基極連接；PNP晶體管Q37和電阻R31產(chǎn)生該啟動(dòng)與偏置電路的基準(zhǔn)電流；電阻R31的電阻材料與霍爾感應(yīng)元件的材料一致，都是N型外延層；電阻R31跟蹤霍爾感應(yīng)元件的等效電阻變化；晶體管Q31和晶體管Q32的發(fā)射極都接在電源VCC，基極連接在一起，晶體管Q32與晶體管Q31的集電極共同連接到晶體管Q36的集電極；PNP晶體管Q31和Q32組成電流鏡，對(duì)晶體管Q37和電阻R31產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流進(jìn)行放大；晶體管Q33是穩(wěn)壓器的輸出調(diào)整NPN晶體管，其集電極與電源VCC相連，發(fā)射極即為穩(wěn)壓器的輸出VR，晶體管Q33的基極與晶體管Q32的集電極相連，接收晶體管Q32的一部分集電極電流；NPN晶體管Q35與Q36構(gòu)成一個(gè)電流鏡，與晶體管Q31的集電極相連接；晶體管Q35與晶體管Q36本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種霍爾開關(guān)電路，其特征在于，所述開關(guān)電路包括：?jiǎn)?dòng)與偏置電路、穩(wěn)壓器、霍爾感應(yīng)元件；所述啟動(dòng)與偏置電路包括至少一個(gè)與所述霍爾感應(yīng)元件同材料制成的電阻或電阻等效元件；啟動(dòng)與偏置電路的輸出電流提供至所述穩(wěn)壓器。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種霍爾開關(guān)電路，其特征在于，所述開關(guān)電路包括啟動(dòng)與偏置電路、穩(wěn)壓器、霍爾感應(yīng)兀件；所述啟動(dòng)與偏置電路包括至少一個(gè)與所述霍爾感應(yīng)元件同材料制成的電阻或電阻等效元件；啟動(dòng)與偏置電路的輸出電流提供至所述穩(wěn)壓器。2 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的霍爾開關(guān)電路，其特征在于所述啟動(dòng)與偏置電路包括至少一個(gè)電流鏡，用以使啟動(dòng)與偏置電路的輸出電流按照設(shè)定比例放大或縮小。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的霍爾開關(guān)電路，其特征在于所述電流鏡由至少兩個(gè)NPN晶體管或至少兩個(gè)PNP晶體管或至少兩個(gè)NMOS管或至少兩個(gè)PMOS管組成。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的霍爾開關(guān)電路，其特征在于啟動(dòng)與偏置電路連接在電源VCC與公共地線GND之間；穩(wěn)壓器連接在電源VCC與公共地GND之間，穩(wěn)壓器的偏置由啟動(dòng)與偏置電路的輸出電流提供，穩(wěn)壓器的輸出為穩(wěn)壓信號(hào) VR ;霍爾感應(yīng)元件連接在穩(wěn)壓器的輸出VR與公共地GND之間，其輸出連接到下級(jí)放大器； 所述啟動(dòng)與偏置電路包括電阻R11、電阻R12、晶體管Q21、晶體管Q22、晶體管Q24、晶體管Q25 ;所述穩(wěn)壓器包括晶體管Q23 ;其中，晶體管Q21、晶體管Q22為PNP晶體管，晶體管 Q23、晶體管Q24、晶體管Q25為NPN晶體管；電阻Rll連接在電源VCC與NPN晶體管Q25的集電極之間，電阻Rll提供上電啟動(dòng)電流，確保在上電后晶體管Q25工作在放大區(qū)；電阻R12為跟蹤所述霍爾感應(yīng)元件電流的電阻，選用與霍爾感應(yīng)元件相同材料的電阻類型，連接在晶體管Q25的基極與公共地GND之間；晶體管Q25與電阻R12共同產(chǎn)生啟動(dòng)與偏置電路的基準(zhǔn)電流，電阻R12由N型外延層制成；晶體管Q21和晶體管Q22的發(fā)射極都接在電源VCC，基極連接在一起，晶體管Q22與晶體管Q21的集電極共同連接到晶體管Q24的集電極，晶體管Q24的基極與晶體管Q25的集電極相連；PNP晶體管Q21和Q22組成電流鏡，對(duì)晶體管Q25和電阻R12產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流進(jìn)行放大；晶體管Q23是穩(wěn)壓器的輸出調(diào)整NPN晶體管，其集電極與電源VCC相連，發(fā)射極即為穩(wěn)壓器的輸出VR，晶體管Q23的基極與晶體管Q22的集電極相連，接收晶體管Q22的一部分集電極電流。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的霍爾開關(guān)電路，其特征在于啟動(dòng)與偏置電路連接在電源VCC與公共地線GND之間；穩(wěn)壓器連接在電源VCC與公共地GND之間，穩(wěn)壓器的偏置由啟動(dòng)與偏置電路的輸出電流提供，穩(wěn)壓器的輸出為穩(wěn)壓信號(hào) VR ;霍爾感應(yīng)元件連接在穩(wěn)壓器的輸出V...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宋紅剛，陳俊，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：賽卓電子科技上海有限公司，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：