開關型CMOS霍爾傳感器的設計

魏榕山，楊善志

(福州大學 物理與信息工程學院，福建 福州 350116)

開關型CMOS霍爾傳感器的設計

魏榕山，楊善志

(福州大學 物理與信息工程學院，福建 福州 350116)

利用CMOS工藝制作的霍爾傳感器一般失調電壓較大。為了抑制霍爾傳感器的失調電壓，文中提出一種正交耦合旋轉電流技術，利用開關改變失調電壓的極性，經過采樣相加抑制霍爾元件的失調電壓，同時利用相關雙采樣技術降低電路失調電壓。采用Cadence工具對電路進行仿真驗證，3.3 V的供電電壓下,平均失調電壓為550 μV。結果表明，電路有效降低了霍爾傳感器的失調電壓。

霍爾傳感器；正交耦合；旋轉電流；低失調

自1879年Edwin Hall 發現霍爾效應，霍爾元件就被廣泛的用于磁場傳感器，尤其是低頻領域，例如高斯計，位移傳感器，角度傳感器等[1]。近些年，利用CMOS工藝制作的霍爾開關傳感器芯片由于其體積小、功耗低、高穩定性等特點，被更多的應用于無刷電機和非接觸式開關中[2]。然而利用CMOS工藝制作的霍爾傳感器產生的霍爾電壓信號非常微弱，一般在幾百微伏到幾毫伏。由于封裝應力產生的壓阻效應和不同材料之間的賽貝克效應都會使霍爾元件產生較大的失調電壓;此外由于CMOS工藝的缺陷，霍爾元件不是理想對稱匹配，這也將引入失調電壓;同時CMOS電路會引入一系列噪聲，如熱噪聲、閃爍噪聲等[3-5]。這些失調和噪聲可以達到幾毫甚至幾十毫伏，會將微弱的霍爾電壓湮沒，因此需要采取一些方法減小電路的失調和噪聲。……