專利名稱：線性霍爾電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁敏電路，即用于測(cè)量磁場(chǎng)的電路。
最近關(guān)于霍爾電路技術(shù)的一項(xiàng)新進(jìn)展是發(fā)現(xiàn)了霍爾器件的電流模式。例如專利文獻(xiàn)EP0357013發(fā)明的電路采用了從霍爾器件的一個(gè)霍爾電極注入電流的方法，如圖1所示。該注入電流與霍爾電流相等，并轉(zhuǎn)換為電路的輸出電壓。從而實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的測(cè)量。但是，由于霍爾電流的存在，霍爾器件兩個(gè)偏置電極的電流將是不相等的，并且將隨外加磁場(chǎng)變化，從而導(dǎo)致霍爾電流與磁場(chǎng)關(guān)系的非線性。此外，圖1的電路還有一個(gè)缺點(diǎn)，其輸出電壓的零點(diǎn)是霍爾器件內(nèi)阻與偏置電阻對(duì)電源電壓的分壓值。因而霍爾器件內(nèi)阻值的離散或溫度漂移將引起輸出零點(diǎn)偏差。最近中國(guó)專利文獻(xiàn)90106846.2-5提出的對(duì)稱偏置技術(shù)保證了霍爾器件的兩個(gè)偏置電極的電流之和不隨磁場(chǎng)變化。從而保證了霍爾電流與磁場(chǎng)的線性關(guān)系。并且電路的輸出零點(diǎn)是電源電壓的中點(diǎn)電位，與霍爾器件內(nèi)阻無關(guān)，因而比較穩(wěn)定。但是此零點(diǎn)是浮動(dòng)零點(diǎn)。在采用正負(fù)雙電源供電的場(chǎng)合，電源電壓的變化將引起相應(yīng)的輸出零點(diǎn)漂移。
本發(fā)明的目的在于使霍爾電路的輸出具有一個(gè)穩(wěn)定的參考零點(diǎn)，例如”地”電位，同時(shí)保證霍爾電流與磁場(chǎng)的良好線性關(guān)系。本發(fā)明的基本電路方案如圖2所示。
圖2的電路原理如下霍爾器件15的兩個(gè)偏置電極15a、15c與電流源I1(11)、I2(21)分別連接;它的兩個(gè)霍爾電極15b、15d與運(yùn)放OA1(17)、OA2(25)的反相輸入端分別連接。運(yùn)放OA1與OA2的同相輸入端接至參考“地”(27)。OA1的輸出端通過電阻R1、R2分別反饋連接至霍爾器件的偏置電極15a、15c。這樣，當(dāng)外加磁場(chǎng)使霍爾器件產(chǎn)生霍爾電流Ih時(shí)，運(yùn)放OA1的輸出將通過電阻R1、R2向霍爾器件的偏置電極15a、15c注入反饋電流Ih1、Ih2，以保證霍爾電極15b處于地電位。下面用圖3來進(jìn)一步說明圖2電路對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)。
圖3為圖2的簡(jiǎn)化電路，其中霍爾器件用一個(gè)等臂電橋來等效。磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的霍爾電流用霍爾軸對(duì)角線上的霍爾電流源Ih(15e)表示。此外，圖中略去了偏置電流源I1與I2。因?yàn)樗鼈儾挥绊戨娐分行盘?hào)行為的增量關(guān)系。從圖3不難看出，因?yàn)榛魻柶骷且粋€(gè)等臂電橋，故反饋電流Ih1在上面兩橋臂中是平分的。同樣，Ib2在下面兩橋臂中也是平分的。由于霍爾電極15b沒有電流出入，故有(Ih1+Ih2)/2＝Ih，因此，霍爾電極15d的輸出電流為Iout＝Ih1+Ih2＝2Ih.
此輸出電流經(jīng)運(yùn)放OA2與電阻R3構(gòu)成的電流-電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電路最終的輸出電壓Vo。
本發(fā)明的電路設(shè)計(jì)有如下優(yōu)點(diǎn)(1)輸出電壓的零點(diǎn)是參考電位“地”;(2)偏置電流源I1與I2或其替代物電阻的失配不會(huì)引入零點(diǎn)誤差;(3)參考“地”無電流，故可用作增益調(diào)整端，而不影響輸出零點(diǎn);也可用作輸出零點(diǎn)設(shè)定或調(diào)零端子，而不會(huì)引入附加漂移;(4)當(dāng)反饋電阻R1與R2相等時(shí)，反饋至霍爾器件兩偏置電極的注入電流Ih1與Ih2相等。因此，霍爾器件的兩個(gè)偏置電極的電流之和將與磁場(chǎng)無關(guān)。從而保證了霍爾電流Ih與磁場(chǎng)的線性關(guān)系。這時(shí)Ih1、Ih2均與Ih相等，因此可以稱之為反饋霍爾電流。它們都與磁場(chǎng)具有線性關(guān)系。因此霍爾輸出電流Iout及電路的輸出電壓Vo也與磁場(chǎng)具有線性關(guān)系;(5)偏置電流源采用溫度源或用熱敏電阻代替易于實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。
實(shí)施實(shí)例電路如圖4，其中電路元器件參數(shù)如下，R1＝R2＝R3＝R4＝7.5k;R5＝100k;運(yùn)放OA1，OA2為uA741?；魻柶骷镚aAs外延器件，其靈敏度≈0.4/T(T＝特斯拉)。電源電壓V+＝15V，V-＝-15V。電路輸出電壓Vo對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度≈80V/T。


圖1.此前的電路方案。
圖2.本發(fā)明的電路設(shè)計(jì)方案。
圖3.說明圖2電路原理的簡(jiǎn)化等效電路。
圖4.實(shí)施電路例。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于磁場(chǎng)測(cè)量的霍爾電路，包含一個(gè)霍爾器件(15)與偏置電路(11，21)，其特征在于a.有一個(gè)電流注入電路(13，17，19)向霍爾器件的偏置軸兩極反饋霍爾電流(Ih1，Ih2)；b.所說的霍爾器件在其霍爾軸的輸出極(15d)產(chǎn)生一個(gè)輸出霍爾電流(Iout)；c.一個(gè)放大電路(25，29)將所說的霍爾器件的輸出霍爾電流Iout轉(zhuǎn)換為電路的輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，所說的向偏置軸兩極注入的反饋霍爾電流迫使霍爾器件的霍爾電極(15b)處于某一個(gè)參考電位(27)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，所說的電流注入電路是一個(gè)反饋連接的運(yùn)算放大器(17)，其反相輸入端與霍爾器件霍爾軸的參考極(15b)連接，其同相輸入端連接至一個(gè)參考電位(27)，其輸出端通過兩個(gè)反饋電阻R1，R2(13，19)與霍爾器件的兩個(gè)偏置極(15a，15c)分別連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電路，其特征在于，所說的兩個(gè)反饋電阻R1與R2的阻值相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，所說的放大電路是一個(gè)以某一個(gè)參考電位(27)為輸出零點(diǎn)，由一個(gè)運(yùn)算放大器(25)和一個(gè)負(fù)反饋電阻(29)構(gòu)成的電流-電壓轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
由一個(gè)霍爾器件和偏置電路構(gòu)成的霍爾電路，具有一個(gè)電流注入電路，向霍爾器件的兩個(gè)偏置電極反饋霍爾電流，使霍爾器件的輸出電極處于某一個(gè)參考電位，以此參考電位為輸出零點(diǎn)的一個(gè)電流-電壓轉(zhuǎn)換電路將霍爾器件的輸出霍爾電流轉(zhuǎn)換成為輸出電壓。
文檔編號(hào)G01R33/07GK1082200SQ92109150
公開日1994年2月16日 申請(qǐng)日期1992年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月8日
發(fā)明者易明鏡 申請(qǐng)人:易明鏡