专利名称：带温度补偿的开关型霍尔传感器及迟滞比较器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带温度补偿的开关型霍尔传感器电路及其迟滞比较器电路。
背景技术：
在电动机等电器设备的应用中，开关型霍尔传感器已逐步取代了传统的接触式开关。与传统的接触式开关相比，开关型霍尔集成电路具有无触点，低功耗，使用寿命长，工作频率高等优点。它利用半导体材料的霍尔效应，检测外部磁场的变化，相应输出高低电平。半导体材料的霍尔效应如图I所示，将一个长方体形状的霍尔片放入均匀磁场B中，在霍尔片两端加加电压，两侧的感应电极之间将产生霍尔电压Vh。
霍尔电压为Vh = wvB上式中，w是霍尔片的宽度，V是载流子迁移速率，B是磁场强度。由于温度升高时，载流子迁移速率会下降，因此在相同的磁场强度下，霍尔片产生的霍尔电压会随着温度的升高而降低。这说明半导体材料的霍尔效应会受温度影响，其磁感应灵敏度随着温度升高而降低。开关型霍尔传感器的应用环境温度变化范围很宽，在高温下，由于半导体材料的磁感应灵敏度下降，很可能出现无法检测出磁场变化的情况。因此，利用半导体材料的霍尔效应制造磁场传感器的时候，为了保证传感器的温度性能，必须对霍尔片灵敏度的温度漂移进行补偿。
发明内容
由于半导体霍尔元件的灵敏度随温度增加而降低，该特性极大的影响霍尔传感器的应用，可能会导致霍尔传感器在高温环境下无法正常工作。本发明提供了一种带温度补偿的霍尔电路结构，可以使开关型的霍尔传感器的磁迟滞宽度随温度升高而保持不变或略有减小，从而保证传感器开关性能。本发明是一个开关型霍尔传感器，包含稳压器，霍尔片，迟滞比较器，输出级，其中迟滞比较器包含晶体管M1，晶体管M2，晶体管M3，晶体管M4，晶体管M5，晶体管M6，晶体管M7,晶体管M8,晶体管M9,晶体管M10,晶体管MlI,晶体管M12,晶体管M13,晶体管M14,晶体管M15，晶体管M16，晶体管M17，晶体管M18，偏置恒流源Ibl，偏置恒流源Ib2，倒相器INVl，倒相器INV2，倒相器INV3。其中，晶体管Ml和晶体管M2作为比较器的输入级，它们的源极相连，接晶体管M3的漏极,它们的漏极分别接晶体管M5和晶体管M6的漏极。晶体管M5和晶体管M7连接成CASC0DE结构，晶体管M7的栅极接晶体管MlO的栅极与M5的漏极。晶体管M6和晶体管M8构成CASC0DE结构，晶体管M8的栅极接晶体管M9的栅极与M6的漏极。晶体管M9和晶体管Mll连接成CASC0DE结构，晶体管Mll的漏极连接晶体管M13的漏极与晶体管M17的漏极，晶体管M17的源极接偏置恒流源Ibl，晶体管M13和晶体管M15连接成CASC0DE结构，晶体管M15源极接地，晶体管M15栅极接晶体管M13漏极。晶体管MlO和晶体管M12连接成CASCODE结构，晶体管M12的漏极连接晶体管M18的漏极与晶体管M14的漏极，晶体管M18的源极接偏置恒流源Ib2，晶体管M14和晶体管M16连接成CASCODE结构，晶体管M16源极接地，晶体管M14漏极接倒相器INVl输入端。倒相器INVl输出端接倒相器INV2输入端与晶体管M17的栅极，倒相器INV2输出端接倒相器INV3输入端与晶体管M18的栅极。其中，晶体管Ml和晶体管M2的栅极作为比较器的输入，倒相器INV3作为迟滞比较器的输出。晶体管Ml，晶体管M2，晶体管M3，晶体管M4，晶体管M13，晶体管M14，晶体管M15，晶体管M16是NMOS晶体管。晶体管M5，晶体管M6，晶体管M7,晶体管M8，晶体管M9，晶体管M10，晶体管MlI，晶体管M12，晶体管M17，晶体管M18是PMOS晶体管。本发明通过对迟滞比较器增加温度补偿，使得开关型霍尔传感器能工作在更高的环境温度下。当温度升高时，迟滞比较器的电迟滞宽度会随之降低，可有效弥补霍尔片灵敏度下降带来的问题。本发明通过增加温度补偿电路，对霍尔片的磁感应灵敏度的温度漂移进行补偿， 使得比较器的迟滞窗ロ宽度在温度升高时降低，从而保证在高温环境下开关型霍尔传感器的正常工作。迟滞比较器与温度补偿电路采用MOS晶体管构成，相比于传统的bipolarエ艺下由BJT晶体管与基区电阻构成的温度补偿电路，所占用的版图面积更小，功耗更低，并且可以更有效的调节温度补偿程度。
图I是霍尔片示意图；图2是常规的开关型霍尔传感器集成电路示意图；图3是本发明的霍尔传感器的迟滞比较器电路结构示意图；图4是本发明的霍尔传感器负温度系数恒流源产生电路。
具体实施例方式由于霍尔片的磁感应灵敏度随温度的升高而降低，这将导致高温工作环境下开关型霍尔传感器的磁迟滞窗ロ宽度变大，从而会影响其正常工作。为了确保开关型霍尔传感器在高温工作环境下的正常工作，需要对霍尔片灵敏度的温漂进行补偿，使得霍尔传感器的磁迟滞宽度在温度升高时保持不变。本发明，公开了ー种具有温度补偿功能的迟滞比较器电路，迟滞比较器电路结构如图3所示。该迟滞比较器一共有两级，第一级实现差分放大，由晶体管M1，晶体管M2，晶体管M3，晶体管M5，晶体管M6，晶体管M7,晶体管M8构成。第二级实现迟滞输出，由晶体管M9，晶体管M10,晶体管Mil,晶体管M12,晶体管M13,晶体管M14,晶体管M15,晶体管M16,晶体管M17，晶体管M18与偏置恒流源源Ibl，偏置恒流源源Ib2以及倒相器INVl，倒相器INV2，倒相器INV3构成。偏置恒流源Ia为正温度系数，即温度升高吋，电流值増大。偏置恒流源Ibl与偏置恒流源Ib2大小相等，温度系数相同且均为负数，即温度升高时，偏置恒流源Ibl与偏置恒流源Ib2电流值降低。产生偏置恒流源Ibl与偏置恒流源Ib2的电路如图4所示,它包含晶体管M19,晶体管M20，晶体管M21，晶体管M22，晶体管Ql，电阻Rl。其中，晶体管M19与晶体管M20连接成电流镜结构，晶体管M20栅极连接其漏极，晶体管M21与晶体管M22连接成电流镜结构，晶体管M21栅极连接其漏极。晶体管M21的漏极接晶体管M19的漏极，晶体管M21的源极接晶体管Ql的集电极和基极，晶体管Ql发射极接地。晶体管M22的漏极接晶体管M20的漏极，晶体管M22的源极接电阻R1，电阻Rl另一端接地。
偏置恒流源Ibl与偏置恒流源Ib2采用合适的大小与负温度系数即可获得所需的温度补偿效果。
权利要求
1.本发明是一种开关型霍尔传感器，包括稳压器，偏置恒流源产生电路，霍尔片，迟滞比较器，输出级。其中迟滞比较器电路包含晶体管M1，晶体管M2，晶体管M3，晶体管M4，晶体管M5，晶体管M6，晶体管M7,晶体管M8，晶体管M9，晶体管M10，晶体管MlI，晶体管M12，晶体管M13，晶体管M14，晶体管M15，晶体管M16，晶体管M17，晶体管M18，偏置恒流源Ibl，偏置恒流源Ib2，倒相器INV1，倒相器INV2，倒相器INV3。其中，晶体管Ml和晶体管M2作为比较器的输入级，它们的源极相连，接晶体管M3的漏极，它们的漏极分别接晶体管M5和晶体管M6的漏极。晶体管M5和晶体管M7连接成CASCODE结构，晶体管M7的栅极接晶体管MlO的栅极与M5的漏极。晶体管M6和晶体管M8构成CASCODE结构，晶体管M8的栅极接晶体管M9的栅极与M6的漏极。晶体管M9和晶体管Mll连接成CASCODE结构，晶体管Mll的漏极连接晶体管M13的漏极与晶体管M17的漏极，晶体管M17的源极接偏置恒流源Ibl,晶体管M13和晶体管M15连接成CASCODE结构，晶体管M15源极接地，晶体管M15栅极接晶体管M13漏极。晶体管MlO和晶体管M12连接成CASCODE结构，晶体管M12的漏极连接晶体管M18的漏极与晶体管M14的漏极，晶体管M18的源极接偏置恒流源Ib2，晶体管M14和晶体管M16连接成CASCODE结构，晶体管M16源极接地，晶体管M14漏极接倒相器INVl输入端。倒相器INVl输出端接倒相器INV2输入端与晶体管M17的栅极，倒相器INV2输出端接倒相器INV3输入端与晶体管M18的栅极。
2.如专利要求I所述的开关型霍尔传感器电路的迟滞比较器电路，其中，晶体管Ml和晶体管M2的栅极作为比较器的输入分别连接霍尔片的两个感应电极，倒相器INV3作为迟滞比较器的输出。晶体管Ml，晶体管M2，晶体管M3，晶体管M4，晶体管M13，晶体管M14，晶体管M15，晶体管M16是NMOS晶体管。晶体管M5，晶体管M6，晶体管M7,晶体管M8，晶体管M9，晶体管M10，晶体管M11，晶体管M12，晶体管M17，晶体管M18是PMOS晶体管。
3.如专利要求I所述的迟滞比较器电路，其特征在于偏置恒流源Ia为正温度系数，偏置恒流源Ibl与偏置恒流源Ib2为负温度系数。
全文摘要
本发明涉及一种带温度补偿的开关型霍尔传感器电路以及其迟滞比较器电路。本发明通过在迟滞比较器中增加温度补偿电路，对霍尔片灵敏度的温度漂移进行补偿，使得霍尔传感器在高温环境下仍然能正常工作。本发明的温度补偿电路由正温度系数与负温度系数的偏置恒流源构成，采用MOS晶体管构成，相比于传统的bipolar工艺下由BJT晶体管与基区电阻构成的温度补偿电路，所占用的版图面积更小，功耗更低。
文档编号H03K17/945GK102811044SQ20111014781
公开日2012年12月5日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者彭卓 申请人:上海腾怡半导体有限公司