一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿放大电路论文和设计-姜帆

全文摘要

一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿放大电路，包括霍尔元件、放大器1、放大器2、电阻Ry和两个电阻Rx；所述霍尔元件的霍尔感应输出电压分别与放大器1和放大器2的同相输入端连接；所述放大器1和放大器2为匹配的相同放大器，与电阻Rx、Ry连接成仪用放大器的结构，输出端口OUT1和OUT2之间输出的差分信号为霍尔元件的霍尔感应电压VH的放大输出信号，本实用新型采用半导体工艺中不同类型的电阻具有不同的温度系数的特点，对霍尔元件的负温度特性进行补偿，提高霍尔元件感应电压的精度；也可根据霍尔元件的实际使用方案，来设定不同温度系数补偿，从而实现高精度的测量和应用。

主设计要求

1.一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿放大电路，其特征在于：包括霍尔元件、放大器1、放大器2、电阻Ry和两个电阻Rx；所述霍尔元件的霍尔感应输出电压分别与放大器1和放大器2的同相输入端连接，另一对角分别连接电源和地线；所述放大器1的反相输入端和输出端跨接在其中一个电阻Rx两端，所述放大器2的反相输入端和输出端跨接在另一个电阻Rx两端，所述两个电阻Rx之间通过电阻Ry连接；所述放大器1的输出端和所述其中一个电阻Rx的连接处为输出端口OUT1，所述放大器2的输出端和所述另一个电阻Rx的连接处为输出端口OUT2。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿放大电路，其特征在于：所述放大器1和放大器2为匹配的相同放大器。

3.根据权利要求1所述的一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿放大电路，其特征在于：所述电阻Rx采用与霍尔元件相同类型的电阻，且注入浓度、电阻体厚度均与霍尔元件相同。

4.根据权利要求1所述的一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿放大电路，其特征在于：所述电阻Ry采用的是几乎零温度系数的多晶电阻，或者是正温度系数和负温度系数可抵消的电阻组合。

5.根据权利要求1所述的一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿放大电路，其特征在于：根据霍尔元件的实际使用方案，利用Ry电阻的温度系数来设定不同温度系数补偿。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种温度补偿放大电路，特别提供一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿放大电路。

背景技术

单片集成的霍尔元件通常采用常规的半导体工艺如Bipolar、CMOS或BiCMOS工艺实现，一般采用N型半导体材料如N型外延层或N阱构成，形状则采用正方形、十字架结构等对称图形。霍尔元件的电连接方面，一般的方法是将霍尔元件的对角两端分别接电源和地电平，构成恒电压的霍尔偏置方式，其弊端是随着霍尔元件工作环境温度的变化，霍尔感应电压VH随温度呈现负温度系数的变化，给实际的测量或应用带来较大误差。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供了一种对霍尔元件的负温度特性进行补偿的恒电压偏置的霍尔元件温度补偿放大电路。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿放大电路，包括霍尔元件、放大器1、放大器2、电阻Ry和两个电阻Rx；所述霍尔元件的霍尔感应输出电压分别与放大器1和放大器2的同相输入端连接，另一对角分别连接电源和地线；所述放大器1的反相输入端和输出端跨接在其中一个电阻Rx两端，所述放大器2的反相输入端和输出端跨接在另一个电阻Rx两端，所述两个电阻Rx之间通过电阻Ry连接；所述放大器1的输出端和所述其中一个电阻Rx的连接处为输出端口OUT1，所述放大器2的输出端和所述另一个电阻Rx的连接处为输出端口OUT2。

进一步，所述放大器1和放大器2为匹配的相同放大器。

进一步，所述电阻Rx采用与霍尔元件相同类型的电阻，且注入浓度、电阻体厚度均与霍尔元件相同。

进一步，所述电阻Ry采用的是几乎零温度系数的多晶电阻，或者是正温度系数和负温度系数可抵消的电阻组合。

进一步，根据霍尔元件的实际使用方案，利用Ry电阻的温度系数来设定不同温度系数补偿。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用半导体工艺中不同类型的电阻具有不同的温度系数的特点，对霍尔元件的负温度特性进行补偿，提高霍尔元件感应电压的精度；也可根据霍尔元件的实际使用方案，来设定不同温度系数补偿，从而实现高精度的测量和应用。

附图说明

图1为本实用新型电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，一种恒电压偏置的霍尔元件温度补偿放大电路，包括霍尔元件、放大器1、放大器2、电阻Ry和两个电阻Rx；所述霍尔元件的霍尔感应输出电压分别与放大器1和放大器2的同相输入端连接，另一对角分别连接电源和地线；所述放大器1的反相输入端和输出端跨接在其中一个电阻Rx两端，所述放大器2的反相输入端和输出端跨接在另一个电阻Rx两端，所述两个电阻Rx之间通过电阻Ry连接；所述放大器1的输出端和所述其中一个电阻Rx的连接处为输出端口OUT1，所述放大器2的输出端和所述另一个电阻Rx的连接处为输出端口OUT2。

所述放大器1和放大器2为匹配的相同放大器，与电阻Rx、Ry连接成仪用放大器的结构，输出端口OUT1和OUT2之间输出的差分信号为霍尔元件的霍尔感应电压V_{H<\/sub>的放大输出信号，且满足以下式子：}

V_{O<\/sub>=V_{H<\/sub>*[(2*Rx\/Ry)+1] ………………………………………………（1）}}

结合式子V_{H<\/sub>=µ*(W\/L)*G*[V×B] …………………………………………（2）}

其中：µ：载流子迁移率，W\/L：霍尔元件的几何尺寸比例，G：形状因子，常数<1（与W\/L有关），V：施加在霍尔元件的偏置电压，B：施加在霍尔元件的磁场强度。则：

V_{O<\/sub>=µ*(W\/L)*G*[V×B]*[(2*Rx\/Ry)+1] …………………………（3）}

所述电阻Rx采用与霍尔元件相同类型的电阻，且注入浓度、电阻体厚度均与霍尔元件相同。所述电阻Ry采用的是几乎零温度系数的多晶电阻，或者是正温度系数和负温度系数可抵消的电阻组合。根据半导体物理学方块电阻的定义，方块电阻：

Rs=1\/（n*q*d*µ）…………………………………………………（4）

其中：n是载流子浓度，q是电荷常量，d是电阻体的厚度，µ是载流子迁移率，电阻Rx的电阻值可表达为：

Rx=M\/（n*q*d*µ）…………………………………………………（5）

其中：M为该电阻的方块数。式子（3）输出电压可表达为：

V_{O<\/sub> = µ*(W\/L)*G*[V×B]*[(2*Rx\/Ry)+1]}

= µ*(W\/L)*G*[V×B]*[2M\/(n*q*d*u*Ry)+1]

= (W\/L)*G*[V×B]*[2M\/(n*q*d*Ry)+1] ………………………（6）

该式子（6）中，霍尔元件的几何尺寸比例W\/L、形状因子G、电源电压V、磁场参数B、电阻Rx电阻方块数M、载流子浓度n、电荷常量q、厚度d、Ry电阻均与温度无关，进而霍尔感应放大电压VO 与温度无关，实现了恒电压偏置霍尔元件的温度补偿。

本实用新型也可以根据霍尔元件的实际使用方案，利用Ry电阻的温度系数来设定不同温度系数补偿。如用于螺线管或其它电磁铁设备产生恒定磁场应用，Ry可采用零温度系数的电阻，设置0温度系数的补偿；若使用环境为永磁材料，如铁氧体磁铁，其温度系数约为-0.2%\/℃，则设置为+0.2%\/℃的Ry电阻组合进行温度系数补偿，从而实现高精度的测量和应用。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

设计图

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