[实用新型]霍尔开关电路及其启动与偏置电路

说明书

技术领域

本实用新型属于集成电路设计技术领域，涉及一种开关电路，尤其涉及一种霍尔开关电路；同时，本实用新型还涉及一种霍尔开关电路的启动与偏置电路。 

背景技术

霍尔传感器是利用霍尔效应原理将霍尔感应元件、放大器、补偿电路和其他电子线路、利用集成电路工艺技术集成在一个芯片上而制成，它具有体积小、寿命长、非接触式感应以及频率高等有点被广泛应用于无刷电机、电子仪器仪表、工业控制等领域。霍尔开关集成电路是霍尔传感器家族的重要成员，它根据外界磁场的变化输出具有一定窗口的数字信号，可被用于接近开关、位置传感器、和速度角度测量等领域。霍尔集成电路一般有恒流和恒压两种模式，由于恒流模式对半导体工艺的一致性特别敏感，很难批量生产，所以现今的霍尔集成电路大多采用恒压模式，即在芯片内部集成一个稳压器产生恒定的电压为霍尔感应元件和其他电子电路供电。 

为了增加霍尔感应磁场的灵敏度，霍尔感应元件在双极工艺中由N型外延制成，在MOS工艺中则由N型阱制成，N型外延或者阱的参杂浓度都比较淡，约为1X10E15/cm3；如图1所示，霍尔感应元件大多为正方形或长方形，电源与地连接在一个对角线接触点，而感应电压输出连接在另一个对角线接触点。为了减小封装和测试应力对霍尔感应元件的影响，在实际电路中采用四个元件并联的形式。 

假设常温下一个由N型外延做成的霍尔感应元件等效电阻大约为4000欧姆，四个并联的等效电阻则为1000欧姆，稳压器的输出电压约为3V，根据欧姆定律，流过四个霍尔感应元件的电流为3mA。根据半导体物理原理，N型外延层有很大的温度系数，当环境温度为150°时，四个霍尔感应元件的等效电阻从常温下的1000欧姆变为2500欧姆，流经它们的电流为1.2mA；当环境温度为－40°时，四个霍尔感应元件的等效电阻从常温下的1000欧姆减小为约500欧姆，流经它 们的电流为6mA。也就是说当环境温度从150°减小到－40°时，4个霍尔感应元件上的电流会从1.2mA增加到6mA，变化量达4.8mA 

应用于汽车电子和工业控制等领域的高档霍尔传感器要求在－40°到150°的温度范围内霍尔传感器的开关动作点要保持基本恒定，所以需要在霍尔集成电路内集成各种温度补偿电路。 

美国霍尼韦尔公司的专利号为5055768的温度补偿办法和公开号为CN101886933的中国专利申请使用的方法都假定稳压器的输出电压没有温度系数并且不随稳压器的负载电流变化而变化。但是事实上随着温度从150°变化到－40°，稳压器的负载电流从1.2mA增加到6mA，4.8mA的负载电流使稳压器的输出电压发生了很大变化，从而大大影响了霍尔开关集成电路开关动作点的温度特性。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种霍尔开关电路，通过补偿稳压器的偏置电流，提高了稳压器的温度特性。 

此外，本实用新型进一步提供霍尔开关电路的启动与偏置电路，通过补偿稳压器的偏置电流，提高了稳压器的温度特性。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案： 

一种霍尔开关电路，所述开关电路包括：启动与偏置电路、稳压器、霍尔感应元件； 

所述启动与偏置电路包括至少一个与所述霍尔感应元件同材料制成的电阻或电阻等效元件；启动与偏置电路的输出电流提供至所述稳压器。 

作为本实用新型的一种优选方案，所述启动与偏置电路包括至少一个电流镜，用以使启动与偏置电路的输出电流按照设定比例放大或缩小。 

作为本实用新型的一种优选方案，所述电流镜由至少两个NPN晶体管或至少两个PNP晶体管或至少两个NMOS管或至少两个PMOS管组成。 

作为本实用新型的一种优选方案，启动与偏置电路连接在电源VCC与公共地线GND之间；稳压器连接在电源VCC与公共地GND之间，稳压器的偏置由启动与 偏置电路的输出电流提供，稳压器的输出为稳压信号VR；霍尔感应元件连接在稳压器的输出VR与公共地GND之间，其输出连接到下级放大器； 

所述启动与偏置电路包括电阻R11、电阻R12、晶体管Q21、晶体管Q22、晶体管Q24、晶体管Q25；所述稳压器包括晶体管Q23；其中，晶体管Q21、晶体管Q22为PNP晶体管，晶体管Q23、晶体管Q24、晶体管Q25为NPN晶体管； 

电阻R11连接在电源VCC与NPN晶体管Q25的集电极之间，电阻R11提供上电启动电流，确保在上电后晶体管Q25工作在放大区；