失配電壓消除裝置及含霍爾效應(yīng)探測(cè)器的無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及物聯(lián)網(wǎng)（IOT)領(lǐng)域，特別涉及在無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)芯片設(shè)備中集成了霍 爾效應(yīng)探測(cè)器（Hall Effect Sensor)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 霍爾效應(yīng)（Hall Effect)是指置于磁場(chǎng)中的電流載體，其中的載流子受到洛倫茲 力（Lorentz Force)的影響，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與電流和磁場(chǎng)方向都垂直的電壓，該電壓的大小與 電流大小和磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積成正比?；魻栃?yīng)探測(cè)器（Hall Effect Sensor)就是指利用 霍爾效應(yīng)的原理，用來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)的大小和方向。雖然霍爾效應(yīng)探測(cè)器是一種磁場(chǎng)探測(cè)器，以 它為核心元件卻可以檢測(cè)溫度、壓力、位置、流量等等，應(yīng)用范圍十分廣泛。
[0003] 霍爾效應(yīng)探測(cè)器主要由兩部分組成：霍爾元件11和電壓檢測(cè)電路12,如圖1所 示。霍爾元件11是可以放置于待檢測(cè)磁場(chǎng)中的導(dǎo)電薄片，電壓檢測(cè)電路12將霍爾元件11 產(chǎn)生的電壓放大并檢測(cè)出來(lái)，進(jìn)而推知磁場(chǎng)的大小和方向。
[0004] 傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)芯片14使用霍爾效應(yīng)探測(cè)器16的方法，是在PCB板15 (印制電路 板）上集成霍爾效應(yīng)探測(cè)器16和物聯(lián)網(wǎng)的控制邏輯模塊13,主要有兩種方式：一種是霍爾 元件11和電壓檢測(cè)電路12全部都在物聯(lián)網(wǎng)芯片14外部，霍爾效應(yīng)探測(cè)器16與物聯(lián)網(wǎng)芯 片14的控制邏輯模塊13是兩個(gè)相互獨(dú)立的元件，兩者之間以模擬的或者數(shù)字的信號(hào)線(xiàn)相 連接，如圖2所示；另外一種是物聯(lián)網(wǎng)芯片14的內(nèi)部集成了電壓檢測(cè)電路12,對(duì)霍爾元件 11的電壓輸出進(jìn)行檢測(cè)，如圖3所示。
[0005] 這兩種方式的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)：系統(tǒng)成本中包含了霍爾效應(yīng)探測(cè)器，無(wú)法降到最低； 霍爾效應(yīng)探測(cè)器需要額外占用PCB板空間，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的體積不會(huì)太??；物聯(lián)網(wǎng)芯片需要 額外的管腳與霍爾效應(yīng)探測(cè)器相接，影響物聯(lián)網(wǎng)芯片其他功能的擴(kuò)展；霍爾效應(yīng)探測(cè)器分 立于物聯(lián)網(wǎng)控制芯片之外，不便于后者對(duì)其的控制，系統(tǒng)功耗無(wú)法做到最優(yōu)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 為了克服傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)芯片使用霍爾效應(yīng)探測(cè)器所產(chǎn)生的各種弊端，本實(shí)用新型 針對(duì)其根本原因，提供一種集成霍爾效應(yīng)探測(cè)器的無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)芯片，將霍爾效應(yīng)探測(cè)器的 霍爾元件和電壓檢測(cè)器集成在物聯(lián)網(wǎng)芯片內(nèi)部，并有效克服芯片內(nèi)部熱噪聲及失配電壓的 影響。本實(shí)用新型還提供一種失配電壓消除裝置。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種集成霍爾效應(yīng)探測(cè)器 的無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)芯片，在同一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)芯片的內(nèi)部，集成有電路連接的以下部件：
[0008] 霍爾元件，輸出與所在磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的電壓；
[0009] 電壓放大器，連接霍爾元件的輸出端，將霍爾元件輸出的電壓進(jìn)行放大；
[0010] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，連接電壓放大器的輸出端，將放大后的電壓信號(hào)采樣量化轉(zhuǎn)為電壓 的數(shù)字信號(hào)；
[0011] 控制邏輯模塊，連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端，根據(jù)對(duì)電壓的數(shù)字信號(hào)采集的結(jié)果，來(lái) 輸出對(duì)應(yīng)于霍爾元件所在磁場(chǎng)與所檢測(cè)物理量關(guān)系的指令。
[0012] 優(yōu)選地，所述物聯(lián)網(wǎng)芯片的內(nèi)部還集成有接收器、發(fā)送器、開(kāi)關(guān)；
[0013] 所述控制邏輯模塊分別與接收器、發(fā)送器電路連接，所述開(kāi)關(guān)通過(guò)切換將接收器 或發(fā)送器中的一個(gè)，與物聯(lián)網(wǎng)芯片外部的天線(xiàn)電路連接，來(lái)無(wú)線(xiàn)發(fā)送指令或接收外部的信 息。
[0014] 優(yōu)選地，所述物聯(lián)網(wǎng)芯片與天線(xiàn)分別布置于PCB板上。
[0015] 優(yōu)選地，所述物聯(lián)網(wǎng)芯片設(shè)置有失配電壓消除裝置，其中包含：電壓反轉(zhuǎn)電路、減 法器；
[0016] 所述電壓反轉(zhuǎn)電路的輸入端與霍爾元件的輸出端連接，將霍爾元件的輸出電壓反 轉(zhuǎn)；
[0017] 所述霍爾元件及電壓反轉(zhuǎn)電路的輸出端，分別通過(guò)電壓放大器連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的 輸入端，來(lái)向其發(fā)送霍爾元件的輸出電壓V HAa和反轉(zhuǎn)后的輸出電壓-V ΗΑα;
[0018] 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接減法器的輸入端，向該減法器分別輸出根據(jù)輸出電 壓VfWLX和反轉(zhuǎn)后的輸出電壓ΗΑιχ米樣輸出的結(jié)果D _和D ，由所述減法器輸出對(duì)米樣 輸出結(jié)果的減法計(jì)算結(jié)果aDciutl-Dciut2 "；
[0019] 所述失配電壓消除裝置將所述減法計(jì)算結(jié)果Iciutl-Dciut2 "與一恒定變量的運(yùn)算結(jié) 果，作為消除失配電壓后霍爾元件的輸出電壓，發(fā)送給控制邏輯模塊。
[0020] 本實(shí)用新型的另一個(gè)技術(shù)方案是提供一種失配電壓消除裝置，適用于所述集成霍 爾效應(yīng)探測(cè)器的無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)芯片；
[0021] 所述失配電壓消除裝置包含：電壓反轉(zhuǎn)電路、減法器；
[0022] 所述電壓反轉(zhuǎn)電路的輸入端與霍爾元件的輸出端連接，將霍爾元件的輸出電壓反 轉(zhuǎn)；
[0023] 所述霍爾元件及電壓反轉(zhuǎn)電路的輸出端，分別通過(guò)電壓放大器連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的 輸入端，來(lái)向其發(fā)送霍爾元件的輸出電壓V HAa和反轉(zhuǎn)后的輸出電壓-V ΗΑα;
[0024] 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接減法器的輸入端，向該減法器分別輸出根據(jù)輸出電 壓VfWLX和反轉(zhuǎn)后的輸出電壓ΗΑιχ米樣輸出的結(jié)果D _和D ，由所述減法器輸出對(duì)米樣 輸出結(jié)果的減法計(jì)算結(jié)果aDciutl-Dciut2 "；
[0025] 所述失配電壓消除裝置將所述減法計(jì)算結(jié)果Iciutl-Dciut2 "與一恒定變量的運(yùn)算結(jié) 果，作為消除失配電壓后霍爾元件的輸出電壓，發(fā)送給控制邏輯模塊。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0027] 霍爾效應(yīng)探測(cè)器及物聯(lián)網(wǎng)芯片無(wú)需單獨(dú)封裝，將霍爾元件和電壓檢測(cè)電路集成到 物聯(lián)網(wǎng)芯片中能夠有效降低成本，減少功耗，并且兩者在PCB板上布置所需的空間小，使物 聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的體積減小，還不影響物聯(lián)網(wǎng)芯片的管腳設(shè)置及功能擴(kuò)展。本實(shí)用新型通過(guò)加大 采樣電容，和通過(guò)多次采樣取平均值的方法來(lái)消除芯片內(nèi)部熱噪聲的影響。本實(shí)用新型利 用霍爾元件的反轉(zhuǎn)的輸出電壓進(jìn)行計(jì)算，消除了芯片內(nèi)部的失配電壓，使得測(cè)量結(jié)果更為 準(zhǔn)確。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是現(xiàn)有霍爾效應(yīng)探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2是現(xiàn)有霍爾效應(yīng)探測(cè)器與物聯(lián)網(wǎng)芯片的一種連接方式示意圖；
[0030] 圖3是現(xiàn)有霍爾效應(yīng)探測(cè)器與物聯(lián)網(wǎng)芯片的另一種連接方式示意圖；
[0031] 圖4是本實(shí)用新型的集成霍爾效應(yīng)探測(cè)器的無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖5是本實(shí)用新型中失配電壓消除裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 如圖4所示，本實(shí)用新型在物聯(lián)網(wǎng)芯片8的內(nèi)部集成霍爾效應(yīng)探測(cè)器所包含的霍 爾元件1和電壓檢測(cè)器。即，在物聯(lián)網(wǎng)芯片8的內(nèi)部，依次電路連接有：霍爾元件1、電壓檢 測(cè)器中的電壓放大器2、ADC 3(模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、控制邏輯模塊4。所述控制邏輯模塊4分別 與RX 5 (接收器）及TX 6 (發(fā)送器）信號(hào)連接，RX 5、TX 6通過(guò)切換用的開(kāi)關(guān)7,與物聯(lián)網(wǎng) 芯片8外部的天線(xiàn)9連接。該物聯(lián)網(wǎng)芯片8與天線(xiàn)分別布置于PCB板10上。
[0034] 其中，霍爾元件1的輸出電壓通過(guò)電壓放大器2進(jìn)行放大后，由ADC 3采樣量化轉(zhuǎn) 為數(shù)字信號(hào)，控制邏輯模塊4通過(guò)采集到的電壓大小，得知霍爾元件1所處環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度 和大小