技术摘要：
本发明公开了一种霍尔传感器温度漂移补偿电路，当霍尔传感器的工作环境温度发生变化时，对霍尔传感器的温度漂移进行实时的补偿，通过增大或减小霍尔器件的偏置电流来增大或减小霍尔电压，从而实现对霍尔传感器温度漂移的补偿。仿真结果表明，经补偿过后霍尔传感器在‑4  全部
背景技术：
霍尔传感器是一种利用霍尔效应制成的传感器，它将磁场信号转化为相应的电信 号。作为全世界需求量第三的传感器产品，霍尔传感器被广泛的应用在工业控制系统、汽车 以及智能仪器仪表等领域。由于霍尔传感器在传感器领域的重要作用和巨大的市场需求， 美、英、日、法等发达国家都在大力发展霍尔传感器技术，竞争霍尔传感器技术的制高点。 霍尔传感器中的霍尔器件采用半导体材料制成，当外界环境温度发生变化时，其 迁移率和杂质浓度发生变化，这使得霍尔器件的灵敏度发生变化，严重影响了霍尔传感器 的线性度，限制霍尔传感器在高精度测量场合中的应用。此外，器件的老化以及封装过程中 产生的应力也会影响霍尔传感器的灵敏度。测试结果表明，霍尔器件灵敏度随温度的变化 是非线性的，传统的一阶温度漂移补偿无法满足霍尔传感器高精度的要求。为了提高霍尔 传感器的测量精度，必须采取二阶温度漂移补偿电路对霍尔传感器进行温度漂移补偿。 中国专利CN201910456718，公开了一种双霍尔元件结构的霍尔电流传感器电路， 但其仅仅使用模拟电路对霍尔传感器进行简单的一阶温度漂移补偿，与本发明提出的电路 差异较大。本发明采用模拟电路与数字电路相结合的方法，对霍尔传感器进行二阶温度漂 移补偿，电路集成度高、补偿效果好、补偿范围大，不仅可以补偿由于温度变化导致的灵敏 度漂移，还可以补偿由于封装应力和器件老化引起的灵敏度的漂移。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种霍尔传感器温度漂 移补偿电路，对霍尔传感器的温度漂移进行二阶温度补偿，大幅度降低其温度漂移，提高其 测量精度。 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 一种霍尔传感器温度漂移补偿电路，用于对霍尔传感器的温度漂移进行补偿，包 括两个校准霍尔器件、两个集成线圈、失调电压消除电路一、失调电压消除电路二、减法器、 比较器、数字校准电路、数模转换器以及电压转电流电路。两个校准霍尔器件记为校准霍尔 器件一、校准霍尔器件二，两个集成线圈分别记为集成线圈一、集成线圈二，集成线圈一集 成在校准霍尔器件一的上方，集成线圈二集成在校准霍尔器件二的上方，校准霍尔器件一 的端口B接偏置电流源Ibias的输出端口，端口D接地，端口A和端口C接失调电压消除电路一 的输入端口。校准霍尔器件二的端口B接偏置电流源Ibias的输出端口，端口D接地，端口A和 端口C接失调电压消除电路二的输入端口。所述减法器包括电阻一R1、电阻二R2、电阻三R3、 电阻三R4和放大器一，其中，电阻一R1的输入端口接失调电压消除电路一的输出端口，电阻 一R1输出端口接放大器一的反相输入端口并与电阻二R2的输入端口相接，电阻二R2的输出 端口接放大器一的输出端口。电阻三R3的输入端口接失调电压消除电路二的输出端口，电 4 CN 111551878 A 说　明　书 2/6 页 阻三R3输出端口接放大器一的正相输入端口并与电阻四R4的一个端口相接，电阻四R4的另 一个端口接地，减法器的输出端口接比较器的反相输入端口。减法器将失调电压消除电路 一和失调电压消除电路二的输出信号相减，此时由外部磁场产生的两个大小相同、极性相 同的霍尔电压信号被移除，输出两倍的霍尔基准电压信号。比较器的正相输入端口接25℃ 时的霍尔基准电压参考值Vref。比较器的输出端口接数字校准电路的输入端口。数字校准电 路的输出端口接数模转换器的输入端口。数模转换器的输出端口接电压转电流电路的输入 端口。电压转电流电路的输出端口一与校准霍尔器件一的偏置电流源Ibias的输出端口共同 接入校准霍尔器件一的端口B，电压转电流电路的输出端口二与校准霍尔器件二的偏置电 流源Ibias的输出端口共同接入校准霍尔器件二的端口B，电压转电流电路的输出端口三与 工作霍尔器件的偏置电流源Ibias的输出端口共同接入工作霍尔器件的端口B。 对两个完全相同的集成线圈一、集成线圈二分别通入两个大小相同、极性相反的 电流，两个大小相同、极性相反的电流产生两个大小相同、极性相反的基准磁场，两个大小 相同、极性相反的基准磁场分别在两个校准霍尔器件中产生两个大小相同、极性相反的霍 尔基准电压，同时两个校准霍尔器件分别产生由外部磁场产生的两个大小相同、极性相同 的霍尔电压。 优选的：所述校准霍尔器件一、校准霍尔器件二、工作霍尔器件的结构相同。 优选的：所述集成线圈是利用CMOS制造过程中的金属互连线制成。 优选的：所述比较器是反向比较器，其反相输入端口接减法器的输出端口，正相输 入端口接25℃时的霍尔基准电压参考值Vref，当此时温度下的霍尔基准电压值大于霍尔基 准电压参考值Vref时，比较器输出“0”。当此时温度下的霍尔基准电压值小于霍尔基准电压 参考值Vref时，比较器输出“1”。 优选的：所述数字校准电路包括12个D触发器、与门以及或非门，分别记为第i个D 触发器、第i个与门、第i个或非门，i＝1，2，3，…，12，第i个D触发器的端口CK接时钟输入信 号一CLK1，第i个D触发器的端口RN接时钟输入信号二CLK2。第1个D触发器的端口D接时钟输 入信号三CLK3，第1个D触发器端口Q接第2个D触发器的端口D。第j个D触发器的端口Q接第j 1个D触发器的端口D，j＝2，3，4，…，11。第i个与门的一个输入端口接时钟输入信号四CLK4， 第i个与门的另一个输入端口分别与第i个D触发器的端口Q相接。第i个或非门一个输入端 口接时钟输入信号五CLK5，第i个或非门的另一个输入端口分别与第i个与门的输出端口相 接。第i个或非门的输出端口接数模转换器输入端口的第i位。数字校准电路实现的逻辑功 能为：首先数字校准电路输出清零，即此时数字校准电路输出的数字值为“0”。然后数字校 准电路输出的第一位置“1”，其余位置“0”，该数字输出值通过数模转换器转化为电压，进一 步通过电压转电流电路转化为补偿电流，该补偿电流的注入使得霍尔基准电压增大，此时 的霍尔基准电压值与霍尔基准电压参考值Vref相比较，若此时的霍尔基准电压值比霍尔基 准电压参考值Vref大，则比较器输出“0”，数字校准电路输出的第一位置“0”，若此时的霍尔 基准电压值比霍尔基准电压参考值Vref小，则比较器输出“1”，数字校准电路输出的第一位 的“1”保留。第一位比较完成后，数字校准电路将其输出的第二位置“1”，然后重复上述步 骤，直到比较完最后一位为止。在补偿过程中，校准霍尔器件输出的霍尔基准电压值逐渐逼 近霍尔基准电压参考值Vref，补偿电流同时注入到没有集成线圈即探测磁场的工作霍尔器 件的偏置端口中，使其灵敏度与偏置电流的乘积在温度发生变化时保持不变，即使其输出 5 CN 111551878 A 说　明　书 3/6 页 的霍尔电压在温度发生变化时保持不变。 优选的：数模转换器采用12位加权电容数模转换器，采用分段的方法将数模转换 器分为高7位和低5位，在数模转换器上所加的基准电压值为1V。 优选的：电压转电流电路包括放大器二、电阻R和电流镜，所述电流镜包括第一个 PMOS管、第二个PMOS管、第三个PMOS管、第四个PMOS管以及第五个NMOS管，放大器二的正相 输入端口接数模转换器的输出端口，反相输入端口接电阻R的一个端口并与第五个NMOS管 的源极相连，电阻R的另一个端口接地。第五个NMOS管的漏极与第一个PMOS管的漏极相连， 第一个PMOS管和第二个、第三个、第四个PMOS管的源极相连，第一到第四个PMOS管的源极接 VDD，栅极互连。第四个PMOS管的漏极与校准霍尔器件一的端口B相连，第三个PMOS管的漏极 与校准霍尔器件二的端口B相连，第二个PMOS管的漏极与工作霍尔器件的端口B相连。数模 转换器输出的电压值经过电压转电流电路转化为补偿电流，该补偿电流通过电流镜1:1拷 贝到校准霍尔器件一、校准霍尔器件二、工作霍尔器件中。 本发明相比现有技术，相比现有的霍尔传感器温度漂移补偿电路，本发明具有以 下优点： 1、本发明提出的霍尔传感器温度漂移补偿电路采用集成CMOS技术，利用制造过程 中的金属互联层集成线圈产生基准磁场，该方法利于霍尔传感器温度漂移补偿电路的全面 集成，其成本低且效果好。 2、本发明提出的霍尔传感器温度漂移补偿电路采用模拟电路与数字电路相结合 的方法，对霍尔传感器的温度漂移进行二阶补偿，其补偿效果好，仿真结果表明，经补偿过 后霍尔传感器的温漂系数低至45ppm/℃。 3、本发明提出的霍尔传感器温度漂移补偿电路温度补偿范围大，补偿范围在-40 ℃～120℃之间，满足工业级霍尔传感器的使用要求。 4、本发明提出的霍尔传感器温度漂移补偿电路不仅可以补偿由于温度变化导致 的灵敏度漂移，还可以补偿由于封装应力和器件老化引起的灵敏度的漂移。 附图说明 图1是本发明的霍尔传感器温度漂移补偿电路图； 图2是本发明的集成线圈图； 图3是本发明的数字校准电路图； 图4是本发明的电压转电流电路图； 图5是本发明的仿真结果图。