專利名稱:用于雙橋換能器的差動放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及差動放大器，具體地涉及用于雙橋換能器的差動放大器。
背景技術(shù)：
在將傳輸電流的導(dǎo)體放置在磁場中時，發(fā)生霍爾效應(yīng)。根據(jù)場的橫向分量和電流，生成電壓。基于霍爾效應(yīng)工作的傳感器可以象惠斯通電橋一樣被模制。橋的相對端連接至差動放大器，以提供輸出。通常的是，使用以并行結(jié)構(gòu)電連接且物理上以共質(zhì)心方式被定向的這些換能器中的多個，將通常的偏移誤差的補償提供給單個橋。

發(fā)明內(nèi)容提供雙結(jié)構(gòu)的橋式換能器。每一個換能器的輸出連接至放大器的差動輸入。換能器的其它每一個輸出分別連接在一起，并且被用于控制有源負載的偏壓。
在另一實施例中，在輸入處使用PNP晶體管，以及使用NPN有源負載來提供高增益，但降低了輸入阻抗。可以使用在輸入處并行的多個晶體管來提供低噪聲和偏移，以及共源共柵電流鏡可被用于有源負載，以提供更高的增益?？梢允褂糜糜谠摌虻膸в谢魻栃?yīng)、磁阻或壓阻感知元件的雙極工藝，來在單片硅集成電路內(nèi)實現(xiàn)該換能器。
在又一實施例中，單個霍爾效應(yīng)換能器連接至差動放大器的輸入，并且經(jīng)中心抽頭提供對有源負載偏置的控制。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的雙橋換能器差動放大器的電路圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的中心抽頭的橋式換能器放大器的電路圖。
具體實施方式在下面說明書中，參考針對構(gòu)成說明書中部分的附圖，在其中示出了本發(fā)明可被實施的說明性具體實施例。足夠詳細地描述這些實施例，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，并且可以理解的是不脫離本發(fā)明的范圍，可以利用其它實施例以及可以作出結(jié)構(gòu)的、邏輯的和電氣的改變。因此，下面的說明書不是采用限制性形式，進而本發(fā)明的范圍由附屬的權(quán)利要求
所限定。
圖1中概括地以100示出的電路具有第一橋式換能器110，所述第一橋式換能器110包括兩個輸出端112及114和兩個偏置端111及113。該橋在一個實施例中是霍爾效應(yīng)換能器，但也可是任意其它類型的惠斯通電橋，例如磁阻或壓阻感應(yīng)元件。該橋可以是單橋或多個并行橋。第二橋式換能器115包括兩個輸出端117及119和兩個偏置端116及118。該橋可以是單橋或多個并行橋。每一個換能器110及115端子中的三端子分別彼此相連接。換能器的輸出端112和119極性相反且彼此連接。偏置端111和116彼此相連接，以及偏置端113和118也彼此相連接。
換能器110和115的保持輸出端分別連接至包括晶體管120和125的差動放大器。橋110的輸出114連接至晶體管120的基極，以及橋115的輸出117連接至晶體管125的基極。晶體管120的集電極連接至第一輸出端130。晶體管125的集電極連接至第二輸出135。該輸出還連接至各自負載140及145。在一個實施例中，負載140及145是包括晶體管的有源負載，該晶體管具有連接至輸出端130及135的集電極。
有源負載140及145的基極被聯(lián)接在一起，且被饋送至電流鏡基準150的基極。電流鏡基準150將其集電極連接至其基極，以及具有連接至電源VCC155的發(fā)射極。有源負載140及145的發(fā)射極也連接至VCC，作為橋式換能器的偏置端111和116。相對于每一個有源負載晶體管140及145調(diào)整電流鏡基準150的集電極，以具有特定的跨導(dǎo)率，所述跨導(dǎo)率近似等于相對于每一個差動放大器晶體管120和125調(diào)整對晶體管160所得到的跨導(dǎo)率。在一個實施例中，電流鏡基準150包括兩個并行連接的晶體管，其每一個具有與每一個有源負載晶體管140及145相同的尺寸和結(jié)構(gòu)，晶體管160包括兩個并行連接的晶體管，其每一個具有與每一個差動放大器晶體管120及125相同的尺寸和結(jié)構(gòu)，以提供對跨導(dǎo)率的改進匹配。電流鏡基準150包括PNP晶體管，作為有源負載140和145。在一個實施例中，其它晶體管是NPN晶體管。若需要，可以使用晶體管的其它組合。
輸出112和119也連接至晶體管160的基極。晶體管160的集電極連接至電流鏡基準150的基極和集電極，以及160的發(fā)射極也連接至電流吸收器170。晶體管120及125的發(fā)射極同樣連接至電流吸收器170。
工作中，每一個換能器的輸出端連接至放大器的差動輸入。該換能器的每一個其它輸出分別連接在一起，并且被用于控制有源負載的偏置。晶體管140、145和150作用雙電流鏡。晶體管160將與在晶體管120及125中流動的集電極電流總和成比例的輸入電流提供給電流鏡。有源負載晶體管140及145的集電極電流的總和近似等于放大器晶體管120及125的集電極電流總和，這些電流的等效性包括自給偏置，其提供大動態(tài)范圍和寬工作VCC范圍。在一個實施例中，差動放大器電壓增益近似于有源負載晶體管140及145的厄利電壓(Early Votage)除以熱電壓，而與第一序列上的電流吸收器170無關(guān)。
在另一實施例中，在橋的輸入端使用PNP晶體管，以及提供NPN有源負載。這提供了較高增益，當(dāng)降低了輸入阻抗。使用帶有霍爾效應(yīng)、磁阻或壓阻感知元件的雙極工藝，電路100可以形成于單片硅集成電路中。
圖2中顯示可替換電路200，具有與圖1中使用相應(yīng)元件一致標(biāo)號的同樣元件。霍爾換能器210具有中心抽頭215，該中心抽頭連接至雙寬晶體管160的基極。中心抽頭215工作而提供的輸入類似于來自圖1中那對橋的輸出112及119的組合輸入?；魻枔Q能器210可以是單元件，或多個并行的元件。該中心抽頭215在一個實施例中保持較小，以最小化霍爾換能器210上的短路效應(yīng)。
結(jié)論自參考偏置和有源負載僅僅使用六個晶體管和一個電流源就生成用于橋式換能器的充分差動、高增益、對偏置不靈敏的放大器。差動放大器將多個換能器分割為雙結(jié)構(gòu)。每一個換能器的一個輸出端連接至放大器的差動輸入，每一個其它換能器輸出連接在一起且用于控制有源負載的偏置。在一些實施例中，可以使用并行換能器。在另一實施例中，共源共柵電流鏡被用于有源負載，以提供更高的增益。
在一個實施例中，所述的差動放大器將多個換能器分割為雙結(jié)構(gòu)。例如，單換能器對或并行換能器對。雙結(jié)構(gòu)的每一個換能器的一個輸出端連接至放大器的差動輸入，每一個其它換能器輸出連接在一起且用于控制有源負載的偏置。針對這種電路的改變包括但不限于在輸入處使用PNP晶體管和NPN有效負載(增益更高而輸入阻抗更低)、使用多個在輸入處并行的晶體管(噪聲和偏移更低)、使用用于有效負載的共源共柵電流鏡(增益更高)。優(yōu)選實施例是利用用帶有霍爾效應(yīng)、磁阻或壓阻感知元件的雙極工藝，將在單片硅集成電路內(nèi)應(yīng)用該電路。
權(quán)利要求
1.一種電路，包括第一橋式換能器，具有兩個輸出和兩個偏置端；第二橋式換能器，具有兩個輸出和兩個偏置端；以及差動放大器，具有連接至第一橋式換能器中一個輸出的第一輸入和連接至第二橋式換能器中一個輸出的第二輸入，以及其中第一和第二橋式換能器的其它輸出中的每一個分別互相連接。
2.權(quán)利要求
1中的電路，進一步包括連接至差動放大器的有源負載。
3.權(quán)利要求
2中的電路，進一步包括連接至有源負載的有源負載基準。
4.權(quán)利要求
3中的電路，進一步包括第一晶體管，具有連接至第一和第二橋式換能器中的每一個的輸出的基極和連接至有源負載基準的集電極。
5.權(quán)利要求
4中的電路，其中差動放大器包括具有集電極的晶體管對，以及其中第一晶體管將等于差動放大器中集電極電流總和的電流提供給有源負載基準。
6.一種電路，包括第一橋式換能器，具有兩個輸出和兩個偏置端；第二橋式換能器，具有兩個輸出和兩個偏置端；差動放大器，具有連接至第一橋式換能器中一個輸出的第一輸入和連接至第二橋式換能器中一個輸出的第二輸入，以及其中第一和第二橋式換能器的其它輸出中的每一個分別互相連接；以及其中負載晶體管連接至差動放大器。
7.權(quán)利要求
6中的電路，進一步包括連接至負載晶體管的有源負載基準。
8.權(quán)利要求
7中的電路，進一步包括第一晶體管，具有連接至第一和第二橋式換能器中的每一個的輸出的基極和連接至有源負載基準的集電極。
9.權(quán)利要求
8中的電路，其中差動放大器包括具有集電極的晶體管對，以及其中第一晶體管將等于差動放大器中集電極電流總和的電流提供給有源負載基準。
10.一種電路，包括第一橋式換能器，具有多個輸出；第二橋式換能器，具有多個輸出；以及差動放大器，具有連接至第一橋式換能器中一個輸出的第一輸入和連接至第二橋式換能器中一個輸出的第二輸入；有源負載，連接至差動放大器，其中第一和第二橋式換能器的其它輸出為有源負載提供偏置控制。
11.權(quán)利要求
10中的電路，進一步包括用于有源負載的共源共柵電流鏡。
12.一種電路，包括霍爾效應(yīng)換能器，具有兩個輸出和兩個偏置端；差動放大器，具有連接至霍爾效應(yīng)換能器中第一輸出的第一輸入和連接至霍爾效應(yīng)換能器中第二輸出的第二輸入；有源負載，連接至差動放大器；以及中心抽頭，連接至霍爾效應(yīng)換能器的近似中心，以將偏置提供給有源負載。
13.權(quán)利要求
12中的電路，進一步包括連接至有源負載的有源負載基準。
14.權(quán)利要求
13中的電路，進一步包括晶體管，該晶體管具有是差動放大器的每一個晶體管的發(fā)射極面積兩倍大的發(fā)射極面積、連接至中心抽頭的基極、連接至有源負載基準的集電極和連接至電流吸收器的發(fā)射極。
15.一種電路，包括霍爾效應(yīng)換能器，具有兩個輸出和兩個偏置端；差動放大器，包括第一晶體管，該第一晶體管具有連接至霍爾效應(yīng)換能器中第一輸出的基極，和第二晶體管，該第二晶體管具有連接至霍爾效應(yīng)換能器中第二輸出的基極；有源負載晶體管對，連接至差動放大器的第一和第二晶體管；有源負載基準晶體管，連接至有源負載；以及中心抽頭，連接至霍爾效應(yīng)換能器的近似中心，以將偏置提供給有源負載基準。
16.權(quán)利要求
15中的電路，進一步包括晶體管，該晶體管具有是差動放大器的每一個晶體管的發(fā)射極面積兩倍大的發(fā)射極面積、連接至中心抽頭的基極、連接至有源負載基準的集電極和連接至電流吸收器的發(fā)射極。
17.一種電路，包括第一橋式換能器，具有兩個輸出；第二橋式換能器，具有兩個輸出；以及差動放大器，具有連接至第一橋式換能器中一個輸出的第一輸入和連接至第二橋式換能器中一個輸出的第二輸入，以及其中第一和第二橋式換能器的其它輸出中的每一個分別互相連接。
18.權(quán)利要求
17中的電路，進一步包括連接至差動放大器的有源負載。
19.權(quán)利要求
18中的電路，進一步包括連接至有源負載的有源負載基準晶體管。
專利摘要
提供一種雙結(jié)構(gòu)的橋式換能器。每一個換能器的輸出端連接至放大器的差動輸入端。換能器的每一個其它端分別連接在一起且被用于控制雙有源負載的偏置。該換能器可以利用用于橋的帶有霍爾效應(yīng)、磁阻或壓阻感測元件的雙極工藝來在單片硅集成電路內(nèi)實現(xiàn)。單個霍爾效應(yīng)換能器可連接至差動放大器的輸入，以及中心抽頭端用于控制雙有源負載的偏置。
文檔編號G01D5/12GK1993603SQ20058002453
公開日2007年7月4日 申請日期2005年7月22日
發(fā)明者W·T·基利安 申請人:霍尼韋爾國際公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan