[发明专利]具有锁存行为的比较器电路及由其得到的数字输出传感器

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及数字输出传感器，更特别地涉及基于集成电路的数字 输出传感器。

背景技术

传感器用于感测多种不同的量。例如，被感测的量或参数可以是磁场、电 流、温度、压力或位置。通常使用的感测结构包括用于感测压力的定位在柔软 膜片上或以柔软膜片形成的压电元件、基于霍尔效应的导电或半导电元件、用 于感测磁场的磁致电阻或可变磁阻结构。

霍尔传感器是一种形式的磁场传感器，尤其当实现为集成(单片)传感器 时其可以低成本制造。当带有电流的导体或半导电霍尔元件置于磁场中时，将 在垂直于电流和磁场方向产生电压。这一原理称为霍尔效应。

霍尔元件通常由导电或半导电材料薄片构成，其输出连接垂直于电流流动 的方向。当受到磁场时，霍尔元件以与磁通密度成比例的输出电压做出响应。 输出电压通常非常小(在几个μV的量级上)并且因而需要电子装置提供增益 以获得有用的信号电平。当霍尔元件与关联的信号处理传感器电子装置相组合 时，它形成霍尔效应传感器。集成的霍尔效应传感器包括含有霍尔元件和信号 调节电子装置的集成电路芯片(例如硅)。

模拟传感器提供与(感测的)磁场输入的幅度成比例的模拟输出电压。常 规的数字输出霍尔传感器利用施密特触发器或其他滞后(hysteresis)产生电路 以将基本的模拟输出传感器转换为数字输出传感器。数字传感器的输出为两个 二进制电平中的一个，1或0(开或关)。施密特触发器或其他等效的滞后产生 电路可操作地将耦合到霍尔元件的放大器的模拟输出转换为二进制输出电平，1 或0(开或关)并且在感测的二进制状态之间提供合理的噪声容限。

电源电压抑制和温度补偿对于例如集成霍尔传感器的传感器来说是重要的 性能特性。例如，数字输出霍尔传感器需要这些特性来在电源电压和温度的操 作范围内控制在定义二进制输出状态的磁转变点上的改变量。

获得电源电压抑制的通常技术是包括电压调节器来为霍尔元件和信号处理 电路提供稳定的偏置。还希望的是由电压调节器提供的调节电压(regulated voltage)对温度而言几乎恒定，以便为温度补偿提供参考。在利用精确片上电 压调节中的折衷办法为更大的管芯尺寸/成本和附加的电源电流。主要通过商业 霍尔市场定价，由现代表面安装封装施加的规格和管芯尺寸限制的驱动，存在 对于以较低功率运行并还能提供有竞争力的磁性规格的小的管芯尺寸的需要。

发明内容

提供该发明内容以符合美国联邦法规第37篇第1.73条(37C.F.R.§1.73)， 给出本发明的内容以简要介绍本发明的特性和主旨。应当理解的是它不被用作 解释或限制权利要求书的范围或意义。

本发明的实施例描述了新的比较器电路和由其得到的数字输出传感器，所 述比较器电路可操作接收差动输入信号并提供差动输出信号。这里描述的比较 器电路利用内部正反馈来提供感测的二进制信号电平之间的滞后关系，由此避 免了常规设计中对一对施密特触发器的需要或者对比较器之前的放大器级的反 馈环路的需要。根据本发明实施例的比较器也提供了新的温度补偿和电源电压 抑制电路。这些方面降低了功率需求并减小了管芯尺寸，从而降低了传感器的 成本。根据本发明实施例的比较器可以实现为包括两个完全相同的半电路(并 由此具有完全对称)的平衡电路。

根据本发明实施例的数字输出传感器包括含有至少一个感测元件的感测结 构。感测结构输出差动感测信号。集成电路包括含有用于调节感测信号的信号 调节电路的衬底。对于完全单片传感器的实施例，感测结构也可以在相同衬底 上。