一種具有快速瞬態(tài)響應(yīng)的霍爾效應(yīng)電流傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，更具體地，涉及一種具有快速瞬態(tài)響應(yīng)的霍爾效應(yīng)電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]霍爾效應(yīng)電流傳感器在非接觸式電流檢測領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。霍爾效應(yīng)電流傳感器一般由霍爾效應(yīng)敏感器件和信號讀出電路組成。在非接觸式電流檢測應(yīng)用中，通過檢測電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度可以推算出待測電流，其基于的原理是:霍爾效應(yīng)敏感器件產(chǎn)生一個(gè)和所測磁場相關(guān)的一個(gè)微小電壓，信號讀出電路把這個(gè)微小電壓放大輸出。
[0003]如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)中的一種霍爾效應(yīng)電流傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖，其主要包括一個(gè)霍爾效應(yīng)敏感器件、一個(gè)基于儀表放大器的高精度信號通路和一個(gè)反饋回路。在上述架構(gòu)組成中，為了保證傳感器精度，通常采用斬波穩(wěn)定技術(shù)動(dòng)態(tài)控制霍爾效應(yīng)敏感器件和儀表放大器，把霍爾效應(yīng)敏感器件和儀表放大器的失調(diào)電壓和低頻噪聲調(diào)制到高頻，再通過低通濾波器來濾除調(diào)制后的失調(diào)電壓和低頻噪聲。然而，在一些特定的應(yīng)用場合，例如實(shí)時(shí)過流保護(hù)，要求霍爾效應(yīng)電流傳感器具有快速瞬態(tài)響應(yīng)，能夠快速及時(shí)地檢測到電流的變化由此實(shí)現(xiàn)快速的過流保護(hù)，然而霍爾效應(yīng)傳感器中的低通濾波器的低帶寬限制了霍爾效應(yīng)電流傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種具有快速瞬態(tài)響應(yīng)的霍爾效應(yīng)電流傳感器，其目的在于解決特定應(yīng)用情況下的實(shí)時(shí)保護(hù)的技術(shù)問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種具有快速瞬態(tài)響應(yīng)的霍爾電流傳感器，該傳感器包括霍爾效應(yīng)敏感器件以及所述霍爾效應(yīng)敏感器件的信號讀出電路，所述信號讀出電路包括高精度信號通路及其負(fù)反饋回路，所述高精度信號通路包括順序電連接的第一低噪聲放大器、第一斬波器以及低通濾波器，所述負(fù)反饋回路包括分壓電阻，以及電連接所述分壓電阻分壓端與所述高精度信號通路輸入端的第二斬波器，其特征在于，所述高精度信號通路兩端并聯(lián)有快速信號通路，所述快速信號通路包括順序電連接的高通濾波器、第三斬波器及第一放大器，所述高精度信號通路與所述快速信號通路之后還電連接有第二放大器，所述第二放大器與所述分壓電阻輸入端相連，所述高精度信號通路的增益遠(yuǎn)大于所述快速信號通路的增益，使得所述快速信號通路自身的失調(diào)電壓折算到所述霍爾效應(yīng)敏感器件輸出端的等效失調(diào)電壓近似為零，同時(shí)通過所述信號讀出電路的低頻信號無法通過所述快速信號通路，而被調(diào)制到斬波頻率的所述霍爾效應(yīng)敏感器件產(chǎn)生的霍爾信號可以通過所述快速信號通路。
[0006]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于增加了快速響應(yīng)信號通路，能夠取得下列有益效果:
[0007](I)采用快速響應(yīng)信號通路來制造一個(gè)快速通路從而使得待測瞬態(tài)信號不必通過低通濾波器也能快速地輸出；
[0008](2)并且對高精度信號通路與快速響應(yīng)信號通路的增益進(jìn)行了巧妙地設(shè)計(jì)，使得該并聯(lián)通路的存在并沒有影響穩(wěn)態(tài)信號的讀出精度；
[0009](3)能夠顯著地增強(qiáng)快速瞬態(tài)響應(yīng)，進(jìn)一步提高實(shí)時(shí)保護(hù)的響應(yīng)速度。
【附圖說明】
[0010]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中已有的一種霍爾效應(yīng)電流傳感器的系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0011]圖2是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的具有快速響應(yīng)通路的霍爾效應(yīng)電流傳感器的系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0012]圖3是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的霍爾效應(yīng)電流傳感器的響應(yīng)信號波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0014]圖2所示為本發(fā)明所提出的具有快速瞬態(tài)響應(yīng)的霍爾效應(yīng)電流傳感器的系統(tǒng)架構(gòu)圖。本發(fā)明電路主要包括霍爾效應(yīng)敏感器件、高精度信號通路、快速信號通路及負(fù)反饋回路。
[0015]高精度信號通路包括順序相連的第一低噪聲放大器6:、第一斬波器CH1和低通濾波器 LPF 0
[0016]快速信號通路包括順序相連的高通濾波器HPF、第三斬波器CH2和高速放大器G3。
[0017]其中，快速信號通路和高精度信號通路為并聯(lián)的關(guān)系，并且兩個(gè)并聯(lián)的通路后接第二低噪聲放大器G2。
[0018]負(fù)反饋回路包括分壓電阻R^R2和第二斬波器CHfb，分壓電阻仏的輸入與第二低噪聲放大器62的輸出連接。
[0019]其中，上述讀出電路的信號處理如下:假設(shè)霍爾效應(yīng)電流傳感器中的霍爾效應(yīng)敏感器件由待測磁場激勵(lì)B產(chǎn)生的輸出電壓為Vh，霍爾效應(yīng)敏感器件自身的失調(diào)電壓為Vosh，高精度信號通路的增益為A1，高精度信號通路自身的失調(diào)電壓為Vos1，快速信號通路的增益為如，快速信號通路自身的失調(diào)電壓為Vos2，斬波頻率為fCH。
[0020]在適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)下，Vh為一個(gè)被調(diào)制到的高頻信號，Vqsh為一個(gè)直流信號。霍爾效應(yīng)敏感器件自身的失調(diào)電壓Vosh和高精度信號通路自身的失調(diào)電壓Vos1被第一斬波器CH1調(diào)制到高頻，進(jìn)而被低通濾波器LPF濾除?？焖傩盘柾纷陨淼氖д{(diào)電壓Vos2折算到霍爾效應(yīng)敏感器件輸出端的等效電壓為VciS2^ =Vc)S2*A2/Ai。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)使得Al遠(yuǎn)大于A2，VoS2^近似為零:例如在一個(gè)實(shí)施例中，使得Vos2 = 1mV,Al= 160dB，A2 = 80dB，則有VQS2，= luV。由于高通濾波器HPF的存在，霍爾效應(yīng)敏感器件自身的失調(diào)電壓Vqsh無法通過快速信號通路，而由于瞬間磁場變化而變化的Vh可以通過快速信號通路。圖3為按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的霍爾效應(yīng)電流傳感器的效果圖示，虛線所示為只有高精度信號通路時(shí)的輸出波形，實(shí)線所示為帶有快速信號通路時(shí)的輸出波形。并且由上述效果可知，快速信號通路使得傳感器的瞬態(tài)輸出更快地接近穩(wěn)態(tài)輸出，能夠顯著地提高瞬態(tài)響應(yīng)速度。
[0021]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有快速瞬態(tài)響應(yīng)的霍爾電流傳感器，該傳感器包括霍爾效應(yīng)敏感器件以及所述霍爾效應(yīng)敏感器件的信號讀出電路，所述信號讀出電路包括高精度信號通路及其負(fù)反饋回路，所述高精度信號通路包括順序電連接的第一低噪聲放大器、第一斬波器以及低通濾波器，所述負(fù)反饋回路包括分壓電阻，以及電連接所述分壓電阻分壓端與所述高精度信號通路輸入端的第二斬波器，其特征在于，所述高精度信號通路兩端并聯(lián)有快速信號通路，所述快速信號通路包括順序電連接的高通濾波器、第三斬波器及第一放大器，所述高精度信號通路與所述快速信號通路之后還電連接有第二放大器，所述第二放大器與所述分壓電阻輸入端相連，所述高精度信號通路的增益遠(yuǎn)大于所述快速信號通路的增益，使得所述快速信號通路自身的失調(diào)電壓折算到所述霍爾效應(yīng)敏感器件輸出端的等效失調(diào)電壓近似為零，同時(shí)通過所述信號讀出電路的低頻信號無法通過所述快速信號通路，而被調(diào)制到斬波頻率的所述霍爾效應(yīng)敏感器件產(chǎn)生的霍爾信號可以通過所述快速信號通路。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有快速瞬態(tài)響應(yīng)的霍爾電流傳感器，該傳感器包括霍爾效應(yīng)敏感器件以及霍爾效應(yīng)敏感器件的信號讀出電路，信號讀出電路包括高精度信號通路及其負(fù)反饋回路，高精度信號通路包括順序電連接的第一低噪聲放大器、第一斬波器以及低通濾波器，高精度信號通路兩端并聯(lián)有快速信號通路，包括順序電連接的高通濾波器、第三斬波器及第一放大器，高精度信號通路的增益遠(yuǎn)大于快速信號通路的增益，使得所述快速信號通路自身的失調(diào)電壓折算到所述霍爾效應(yīng)敏感器件輸出端的等效失調(diào)電壓近似為零。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的霍爾效應(yīng)電流傳感器，使得傳感器的瞬態(tài)輸出更快地接近穩(wěn)態(tài)輸出，能夠顯著地提高傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)速度。
【IPC分類】G01R19/00
【公開號】CN105548662
【申請?zhí)枴緾N201610096975
【發(fā)明人】劉德珩, 葛光
【申請人】武漢市聚芯微電子有限責(zé)任公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月23日