专利名称：磁场反馈△-σ调节器传感器电路的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种磁场传感器，尤其是一种从一个半导体磁场传感器提 供数字输出的转换器电路。
背景技术：
霍尔效应传感器和其它的半导体磁场传感器被广泛的应用于为不易采 用线圈或者其它天线感应的直流(DC)磁场和相关低频交流(AC)磁场提 供测量的场合。这样的应用包括固定位置和移动位置传感器，应用于直线 及旋转运动，电源及马达控制中，对变压器或者马达的探测，应用于音频 喇叭中，对喇叭中信号容纳强度的探测，以及为高频能量驱动的等提供照 明控制器，例如钠灯。
半导体磁场传感器通常会在其输出电压与磁场强度的传感器函数中由 于温度以及不同器件之间发生很大的变化。周围的磁场也可能造成测量误 差，这会因为靠近磁场源以及/或者被测量的磁场强度相对于正常的周围的 磁场强度而产生。
通常的用于测量半导体磁场传感器输出的电路包括在运算放大器电路 的反馈回路中连接一个霍尔效应或者其它传感器的电路，其在之后连接到 一个模数转换器电路或者一个模拟比较器，用来探测传感器的输出。为提 供不同的器件之间补偿和温度补偿的偏置和增益的校准也可以包含在放大 器电路中。最近，传感器的应用被提出采用传感器来测量交流磁场，从而交流磁 场就能够在传感器的输出被探测到并且被用来校准传感器电路。 一个或更 多的电流回路会出现在传感器周围并且受激于一个具有已知的参数查询表 的信号，从而在传感器上产生一个交流磁场，在同样的频率下在传感器的 输出电压中产生一个交流电压。传感器输出之后能够被探测到，并且调整 传感器电路的增益来校准传感器。但是，这样的电路大大增加了复杂度， 因为需要校准源和探测器，并且校准必须是周期的，或者在传感器电路的 理想探测距离范围之外，这通常也需要附加的滤波电路。
因此，非常需要提供一种半导体磁场传感器测量电路，其通过包含一 个磁场进行校准，不需要太多附加的复杂的测量和校准电路。
发明内容
本发明提供了一种电路和方法达到上述提供一种半导体磁场传感器测 量电路，通过一个感应磁场来校准，而不需要太多附加的复杂的测量和校 准电路的目的。所述的方法是电路的工作方法。
所述电路是一个具有输出端连接A-2调节器(a delta-sigma modulator)输入端的半导体磁场传感器的A-2模数转换器。A-S调节器 的编码器的输出磁耦合至半导体磁场传感器的本体，提供一个反馈回路以 在传感器引起一个磁场，由于转换器环路滤波器波段的频率，在传感器上 消除传感器输出产生的电压。编码器输出的平均值的变化因此而表现了被 探测的磁场的变化。编码器的输出耦合到一个电流输出数模转换器，来提 供一个电流以驱动被耦合到传感器本体的电流回路。上述磁场反馈的功能提供了测量电路和传感器的自动校准，因为在编 码器输出和电流回路产生的场之间的关系是清晰可辨的。因此，外部磁场
的变化由于反馈而消除也是清晰可辨的。 一个斩波放大器(chopper amplifier)能够被耦合在传感器电压输出和转换器的环路滤波器之间，以 消除偏移并防止在测量中引入1/f噪声。更进一步通过采用一个转换开关 电路来转换偏置和传感器输出端的状态降低传感器变化误差和1/f噪声。
本发明前述的和其它的目标、性能及先进之处将在以下的较佳实施例 中，结合附图被详细描述。
图1为本发明的一个实施例的磁场传感器电路拓扑学的模块图； 图2为本发明另一个实施例的磁场传感器电路拓扑学的模块图； 图3为本发明连接到磁场传感器的另一个实施例的集成电路芯片的电 路图。
具体实施例方式
本发明包括一个半导体磁场传感器电路和方法，采用A-2调节器模数 转换器(ADC)的噪声整形电路(noise-shaping loop)来为半导体磁场传 感器提供一个校准信号。由此电路自身进行校准，来补偿偏移电压和传感 器输出信号的低频变化。模数传感器输出提供传感器电路的数字输出，同 时还具有高的抗噪声干扰的功能。
现在如图l所示，其为本发明的一个实施例的半导体磁场传感器电路。 一个霍尔效应传感器H，也可以选择其它类型的磁场传感器替代，例如磁阻器件(a magneto-resistive device),被提供一个偏置电流IB，并且输出 端连接到放大器A的差分输入端，放大器A可以是一个斩波放大器，以降 低偏移量和1/f噪声，否则这会由放大器A引入。 一个环路滤波器10对放 大器A的输出进行滤波，并且编码器12对环路滤波器10的输出进行编码 以进行模数转换。编码器12的输出由一个数模转换器(DAC) 16转换成一 个差分电流。数模转换器16的输出连接到磁反馈电流回路L，其轴心与霍 尔效应传感器H的磁场感应轴心相对应，例如，霍尔效应传感器H的半导 体本体平面与回路L的线圈平面平行。
由于编码器12产生噪声波形，回路L会产生一个磁场，引起霍尔效传 感器H的输出电压产生相应的变化。因此，图1的电路提供了一个A-2调 节器回路，其包括电流回路L到霍尔效应传感器H的感应耦合，以及从出 现在霍尔效应传感器H的场到霍尔效应传感器H的输出端的传感器函数。 因为磁场的电流回路L的磁场特性是线性的并且是众所周知的，在电流回 路L的附近没有铁磁体或者顺磁材料，闭环转换器具有一个清晰可辨的从 传感器H的磁场强度的变化到编码器输出的变化的传递函数。反馈由数模 转换器16及电流回路L提供，使得编码器输出的平均值仅仅反映霍尔效应 传感器H的外部磁场，这是因为这个磁场由电流回路L引入并且霍尔效应 传感器H的任何偏移量都由于A-2:调节器回路而消除。编码器12的输出 被大幅度降低并且由数字抽取滤波器(digital decimation filter ) 14 进行滤波以产生对应传感器H的外部磁场强度的数字。
现在如图2所示，其所示为本发明另一个实施例的半导体磁场传感器电路。 一个霍尔效应传感器H'，也可以选择其它类型的磁场传感器替代， 例如磁阻器件(a magneto-resistive device),具有四个终端连接到一个 开关S1，其由一个时钟信号操作，来选择哪个霍尔效应传感器H的终端的 相对的一对接收偏置电流IB，以及哪个终端(相对的) 一对将输出电压提 供到斩波放大器A2的差分输入端。霍尔效应传感器H的终端的选择以旋转 (rotating or "spinning")的方式连接霍尔效应偏置电流。开关SI的动 作更进一步的降低了 1/f噪声和霍尔效应传感器H的偏移量，由于偏置电 流Ib被有效的改変(削减)为控制斩波放大器A2的削波频率f。。开关SI 的操作以及斩波放大器A2由此因为削波频率而改变了场探测频率，从而偏 移量和低频1/f噪声以及其它之前存在的缺陷在测量的时候就被消除了。 图2所示的电路的剩余部分与上述图1所示电路一致。
现在如图3所示，其为一个连接到半导体磁场传感器H'和磁反馈回路 L的本发明一个实施例的集成电路芯片20。如图1或者图2所示的电路可 以集成在集成电路芯片20上。在所述实施例中，芯片20具有4个输入端 S1-S4，与图2中开关SI的传感器一边的终端相对应。终端F-和F+从数模 转换器16的输出提供反馈信号到反馈回路L。 一个输出端OUT从数字抽取 滤波器14提供一个数字输出信号。
本发明已经结合较佳的实施例被特别的展示和描述，其能够结合先前 的技术不离开本发明的精神和范围进行形式和细节上的变化。
权利要求
1.一种从一个半导体磁场传感器提供数字输出信号的电路，包括至少一个输入端，用来接收来自所述半导体磁场传感器的输出信号；至少一个传感器反馈端，用来提供一个电流到一个磁耦合到所述半导体磁场传感器的磁反馈回路；一个环路滤波器，具有一个耦合到所述至少一个输入端的输入，用来为所述半导体磁场传感器的输出信号进行噪声整形；一个编码器，具有一个耦合到所述环路滤波器的输出的输入，其中产生的所述数字输出信号与所述编码器的输出一致；以及一个数模转换电路，具有一个耦合到所述编码器输出的输入，和耦合到所述至少一个传感器反馈端的输出，其中所述环路滤波器，所述编码器，所述数模转换电路和所述半导体磁场传感器以Δ-∑调节器的方式工作。
2. 根据权利要求1所述的电路，其中所述半导体磁场传感器是一个霍 尔效应传感器，并且其中所述环路滤波器具有一个根据所述霍尔效应传感 器的输出电压的处理而改变的响应。
3. 根据权利要求1所述的电路，其中所述数模转换电路具有一对差分 电流输出，并且其中所述至少一个传感器反馈端是一对传感器反馈端，连 接到所述数模转换电路的一对差分电流输出。
4. 根据权利要求1所述的电路，其中所述半导体磁场传感器具有一对 偏置电流端，并且其中所述电路还包括一个恒定电流源，耦合到所述成对 的偏置电流端之间。
5. 根据权利要求1所述的电路，还包括一个开关电路，用来将所述至少一个输入端相应的在一个开关时钟信 号的第一阶段耦合到所述半导体磁场传感器的一个第一端，并且相应的在 所述开关时钟信号的第二阶段耦合到所述半导体磁场传感器的一个第二端；并且一个恒定电流源耦合到所述开关电路，其中所述开关电路将所述恒定 电流源相应的在所述开关时钟信号的第一阶段耦合到所述半导体磁场传感 器的第二端，相应的在所述开关时钟信号的第二阶段耦合到所述半导体磁 场传感器的第一端。
6. 根据权利要求5所述的电路，其中所述至少一个输入端是一对输入 端，并且其中所述开关电路将所述第一端和所述半导体磁场传感器的一个 第三端相应的在所述开关时钟信号的第一阶段耦合到所述成对的输入端相 应的终端，并且将所述第二端和所述半导体磁场传感器的一个第四端相应 的在所述开关时钟信号的第二阶段耦合到所述成对的输入端相应的终端。
7. 根据权利要求5所述的电路，还包括一个斩波放大器，具有一对用来提供所述成对的输入端的输入和一个耦合到所述环路滤波器的输入的输 出。
8. 根据权利要求7所述的电路，其中所述斩波放大器由所述开关时钟 信号切换。
9. 一种测量磁场的方法，包括 用一个半导体磁场传感器对所述磁场进行感应；用 一个环路滤波器对所述感应的结果进行噪声整形； 对所述噪声整形的结果进行编码以产生一个数字输出；以及将所述编码的结果在所述半导体磁场传感器转换成一个反馈磁场。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述半导体磁场传感器是一个霍 尔效应传感器，并且其中所述滤波步骤对所述霍尔效应传感器的输出电压 进行处理。
11. 根据权利要求9所述的方法，其中所述转换包括将所述编码结果转换成一个模拟电流；并且将所述模拟电流应用至一个磁耦合到所述半导体磁场传感器的回路。
12. 根据权利要求9所述的方法，还包括将一个恒定偏置电流应用到所 述半导体磁场传感器的一对偏置电流端。
13. 根据权利要求9所述的方法，还包括第一步，轮流在所述半导体磁场传感器的终端的两个设置之间应用一 个恒定偏置电路；并且第二步，轮流在终端的两个设置之间应用所述滤波的输入，这样到所 述滤波的输入就选择性的获得终端的两个设置中的没有应用恒定偏置电流 的一个。
14. 根据权利要求13所述的方法，还包括对所述第二步的轮流结果采用一个斩波放大器进行削减。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述削减进行的速率与所述第 一步和第二步轮流中的频率相同。
16. —种集成在同一个芯片上用来从一个半导体磁场传感器提供数字 输出信号的电路，包括，至少一个输入端，用来接收来自所述半导体磁场传感器的输出信号；至少一个传感器反馈端，用来提供一个电流到一个磁耦合到所述半导体磁场传感器的磁反馈回路；一个环路滤波器，具有一个耦合到所述至少一个输入端的输入，用来对所述半导体磁场传感器的输出信号进行噪声整形；一个编码器，具有一个耦合到所述环路滤波器的输出的输入；以及 一个数模转换电路，具有一个耦合到所述编码器输出的输入以及一个耦合到所述至少一个传感器反馈端的输出，借此所述环路滤波器，所述编码器，所述数模转换电路以及所述半导体磁场传感器以A-S调节器的方式工作以提供所述数字输出。
17. 根据权利要求16所述的电路，其中所述磁反馈回路集成在所述芯片上。
18. 根据权利要求16所述的电路，还包括一个数字抽取滤波器，集成 在所述芯片上，并且具有一个耦合到所述编码器输出的输入。
19. 一种电路，包括 一个半导体磁场传感器；一个磁反馈回路，磁耦合到所述半导体磁场传感器；一个环路滤波器，具有耦合到所述至少一个输入端的一个输入，用来 对所述半导体磁场传感器的输出信号进行噪声整形；一个编码器，具有耦合到所述环路滤波器的输出的一个输入；以及一个数模转换电路，具有耦合到所述编码器的输出的输入，和耦合到 所述磁反馈回路的一个输出，借此所述环路滤波器，所述编码器，所述数 模转换电路以及所述半导体磁场传感器以A-S调节器的方式工作。
20.根据权利要求19所述的电路，其中所述数模转换电路具有一对差 分电流输出，并且其中所述至少一个传感器反馈端是连接到所述数模转换 电路的差分电流输出的一对传感器反馈端。
全文摘要
一种磁场反馈Δ-∑调节器传感器电路，不需要复杂的附加校准电路而提供精确的磁场测量。半导体磁场传感器的输出，可以是霍尔效应传感器，被耦合到Δ-∑调节器环路滤波器的输入。Δ-∑调节器的编码器的输出磁耦合到磁场传感器，产生一个场从而由于调节器环路滤波器的频带而消除传感器的输出。编码器的输出被提供给一个电流输出的数模转换器，其将电流回路感应耦合到传感器的本体。一个斩波放大器设置在传感器的输出和调节器环路滤波器输入之间，以降低1/f噪声，并且偏置电流和输出端能够被轮流选择以进一步降低1/f噪声和偏移量。
文档编号G01R33/06GK101611326SQ200880004195
公开日2009年12月23日 申请日期2008年2月6日 优先权日2007年2月7日
发明者约翰·L.·梅安森 申请人:美国思睿逻辑有限公司