專利名稱：一種霍爾傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及傳感器技術，特別涉及一種霍爾傳感器。
背景技術：
圖1為現有的一種霍爾傳感器的結構示意圖。如圖l所示，該霍爾傳感
器通常稱為線性霍爾傳感器，包括電壓調節模塊11、偏置與基準模塊12、 霍爾片13、放大器(AMP) 14、控制和補償模塊15、以及線性輸出級16。
電壓調節模塊11的輸入端連接自電源Vcc，電壓調節模塊11的輸出端 連接至霍爾傳感器中的所有其他模塊，用于根據電源Vcc提供的電源電壓向 霍爾傳感器中的所有其他模塊提供電源電壓信號。電壓調節模塊11的輸出 端與霍爾傳感器中的所有其他模塊的連接關系，如圖1中自電壓調節模塊引 出的懸空箭頭省略表示。
偏置與基準模塊12根據電壓調節模塊11輸出的電源電壓信號提供參考 電壓信號和恒定電流，其提供的參考電壓信號和恒定電流可以輸出至霍爾傳 感器中的其他模塊，偏置與基準模塊12的輸出端與霍爾傳感器中除電壓調 節模塊1之外的所有其他模塊的連接關系，如圖1中自偏置與基準模塊引 出的懸空箭頭省略表示。
霍爾片13的電源輸入端與電壓調節模塊11的輸出端相連、地端接地， 同時具有兩路信號輸出端分別與AMP 14的兩路輸入端相連，霍爾片13在 感應到與其垂直的外部》茲場時，會產生一個大小與該外部^茲場的^茲感應強度 成正比的》茲感應電壓信號并輸出至AMP 14的兩路輸入端。
AMP 14將其兩^各輸入端接收到的石茲感應電壓信號放大后，通過其輸出 端輸出至線性輸出級16。線性輸出級16對AMP 14放大后的》茲感應電壓信號進行調節、以增大 其驅動力后經線性輸出端輸出。
在圖1中，AMP 14還具有一控制端。線性輸出級16將調整后的》茲感 應電壓信號輸出至控制和補償模塊15,由控制和補償模塊15根據該磁感應 電壓信號產生補償控制信號輸出至AMP 14的控制端，實現對AMP 14的閉 環控制。
圖2為現有的另一種霍爾傳感器的結構示意圖。如圖2所示，該霍爾傳 感器通常稱為開關霍爾傳感器，相比于如圖l所示的線性霍爾傳感器，開關 霍爾傳感器的區別僅在于AMP 14和開關輸出級17 (此處所述的開關輸出 級17與如圖1所示的線性輸出級16的工作原理基本相同)之間增加了一個 施密特觸發器20。
當霍爾片13根據其感應到的磁場強度產生的磁感應電壓信號，經AMP 14放大后大于某預設值時，施密特觸發器20會輸出高電平至開關輸出級17， 再由開關輸出級17調整對該高電平信號進行調整、以增大其驅動能力后通 過開關輸出端輸出。
當霍爾片13根據其感應到的磁場強度產生的磁感應電壓信號，經AMP 14放大后輸出至施密特觸發器20，如果輸出至施密特觸發器20的磁感應電 壓信號小于上述預設值時，施密特觸發器20會輸出低電平至開關輸出級17, 再由開關輸出級17調整對該低電平信號進行調整、以增大其驅動能力后通 過開關輸出端輸出。
可見，現有技術中如圖1所示的線性霍爾傳感器無法提供脈寬與外部磁 場強度成比例的脈沖信號，而現有技術中如圖2所示的開關霍爾傳感器雖然 能夠輸出高低電平交替的脈沖信號，但其無法根據外部磁場強度對脈沖信號 進行脈寬調制(PWM),從而也無法提供脈寬與外部磁場強度成比例的脈 沖信號。
實用新型內容
有鑒于此，本實用新型提供了一種霍爾傳感器，能夠輸出脈寬與外部^茲 場強度成比例的脈沖信號。
本實用新型提供的一種霍爾傳感器，包括
電壓調節模塊，其輸入端連接自外部電源、并向霍爾傳感器內的所有模 塊提供電源電壓信號；
偏置與基準模塊，提供參考電壓信號和恒定電流；
霍爾片，在感應到與其垂直的磁場時，產生大小與磁感應強度成正比的 石茲感應電壓信號并輸出至》文大器AMP;
AMP，輸出放大后的石茲感應電壓信號；
所述霍爾傳感器還包括
脈寬調制PWM輸出模塊，接收AMP放大后的磁感應電壓信號，并輸 出脈寬與；茲感應電壓信號大小成比例的脈沖信號。
由上述技術方案可見，本實用新型沖的霍爾傳感器除了包括電壓調節模 塊、偏置與基準模塊、霍爾片、AMP之外，還包括PWM輸出模塊，由PWM 輸出模塊產生脈沖信號、并根據外部磁場強度對該脈沖信號進行脈寬調制， 從而使得該霍爾傳感器能夠提供脈寬與外部磁場強度成比例的脈沖信號。
圖1為現有的一種霍爾傳感器的結構示意圖。
圖2為現有的另一種霍爾傳感器的結構示意圖。
圖3為本實用新型實施例中霍爾傳感器的結構示意圖。
圖4為本實用新型實施例中霍爾傳感器內PWM輸出模塊的結構示意圖。
圖5為本實用新型實施例中PWM輸出模塊的振蕩器輸出的脈沖信號示意圖。
圖6為本實用新型實施例中霍爾傳感器內線性輸出模塊的結構示意圖。圖7為本實用新型實施例中霍爾傳感器內開關輸出模塊的結構示意圖。 圖8為本實用新型實施例中霍爾傳感器內保護模塊的結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖 并舉實施例，對本實用新型進一步詳細說明。
圖3為本實用新型實施例中霍爾傳感器的結構示意圖。如圖3所示，本 實施例中的霍爾傳感器，除了包括如圖1所示的電壓調節模塊11、偏置與 基準模塊12、霍爾片13、 AMP 14、控制和補償模塊15之外，還包括PWM 輸出模塊31、線性輸出模塊32、開關輸出模塊33、以及輸出調節模塊34 和保護模塊35。
電壓調節模塊11，其輸入端連接自外部電源Vcc、輸出端連接至霍爾傳 感器中的所有其他模塊，用于向霍爾傳感器內的所有模塊提供電源電壓信 號。電壓調節模塊ll的輸出端與霍爾傳感器中的所有其他模塊的連接關系， 如圖3中自電壓調節模塊引出的懸空箭頭省略表示。
保護模塊35，輸入端連接自電壓調節模塊11的輸入端所連接的外部電 源Vcc;在該外部電源Vcc的電壓小于預設的過壓保護閾值時，向電壓調節 模塊11輸出允許其工作的控制信號；在該外部電源Vcc的電壓大于等于預 設的過壓保護閾值時，向電壓調節模塊11輸出禁止其工作的控制信號，以 實現過壓保護。當然，如果不需要實現過壓保護，則可去除保護模塊35。
偏置與基準模塊12,根據電壓調節模塊11輸出的電源電壓信號提供參 考電壓信號和恒定電流，其提供的參考電壓信號和恒定電流可以輸出至霍爾 傳感器中的其他模塊，偏置與基準模塊12的輸出端與霍爾傳感器中除電壓 調節模塊ii之外的所有其他模塊的連接關系，如圖3中自偏置與基準模塊 引出的懸空箭頭省略表示。
霍爾片13的電源輸入端與電壓調節模塊11的輸出端相連、地端4妾地， 且霍爾片13的兩路信號輸出端分別與AMP 14的兩路輸入端相連，霍爾片13在感應到與其垂直的,磁場時，產生大小與i茲感應強度成正比的》茲感應電 壓信號并輸出至放大器AMP 14;
AMP 14，輸出i文大后的》茲感應電壓信號。
輸出調節模塊34的輸入端連接自AMP 14的輸出端，對AMP 14放大 后的磁感應電壓信號進行例如濾波等優化處理；輸出調節模塊34的三路輸 出端分別連接至PWM輸出模塊31、線性輸出模塊32、以及開關輸出模塊 33，將經AMP 14》支大和優化處理后的石茲感應電壓信號分別輸出至PWM輸 出模塊31、線性輸出模塊32、以及開關輸出模塊33。
輸出調節模塊34還將優化處理后的磁感應電壓信號輸出至控制和補償 模塊15,由控制和補償模塊15按照現有方式產生補償控制信號輸出至AMP 14的控制端，實現對AMP 14的閉環控制。其中，控制和補償模塊15為可 選的模塊，如果不需要對AMP 14實現閉環控制則可將控制和補償模塊15 去除。
需要說明的是，輸出調節模塊34僅僅是為了對AMP 14放大后的磁感 應電壓信號進行優化處理，實際應用中也可以不設置輸出調節模塊34,而 是直接將AMP 14的輸出端分別連接至PWM輸出模塊31、線性輸出模塊 32、以及開關輸出模塊33，且將可選的控制和補償模塊15的輸入端連接自 線性輸出模塊32。
PWM輸出模塊31，接收經AMP 14放大、并經輸出調節模34塊優化 后的i茲感應電壓信號，并通過PWM輸出端輸出脈寬與》茲感應電壓信號電壓 大小、也就是脈寬與霍爾片感應到的外部磁場強度成比例的脈沖信號。
實際應用中，PWM輸出模塊31可以為可調節的功能模塊，也可以為不 可調節的功能模塊。在圖3中，PWM輸出模塊31屬于可調節的功能模塊， 并進一步具有一頻率調節輸入端，PWM輸出模塊31可根據自頻率調節輸入 端輸入的頻率調節信號或外接元器件，調節其輸出的脈沖信號頻率。
線性輸出模塊32,接收經AMP14放大、并經輸出調節模塊34優化后 的磁感應電壓信號，并可按照現有如圖1所示的線性輸出級16的方式進行調節、以增大其驅動能力后通過線性輸出端輸出磁感應電壓信號，且增大磁
感應電壓信號的輸出范圍，使其最小輸出接近o、最大輸出接近電源電壓。
實際應用中，線性輸出模塊32可以為可調節的功能模塊，也可以為不 可調節的功能模塊。在圖3中，線性輸出模塊32屬于可調節的功能模塊， 并進一步具有一斜率調節輸入端，這里所述的斜率是指線性輸出模塊32輸 出的磁感應電壓信號與作用于霍爾片13的磁場強度的線性比例，線性輸出 模塊32可根據自斜率調節輸入端輸入的斜率調節信號或外接元器件，調節 其輸出的磁感應電壓信號斜率。
開關輸出模塊33，接收經AMP14放大、并經輸出調節模塊34優化后 的^f茲感應電壓信號，并通過開關輸出端輸出與該義茲感應電壓信號大小相對應 的高低電平。
實際應用中，開關輸出模塊33可以為可調節的功能模塊，也可以為不 可調節的功能模塊。在圖3中，開關輸出模塊33屬于可調節的功能模塊， 并進一步具有一閾值調節輸入端，這里所述的閾值是指開關輸出模塊33根
據其接收到的磁感應電壓信號大小，實現其輸出的高低電平切換所依據的闊 值，開關輸出模塊33可根據自閾值調節輸入端輸入的閾值調節信號或外接 元器件，以調節高低電平切換的時機。
可見，本實施例在霍爾傳感器中設置了 PWM輸出才莫塊34,由PWM輸 出模塊34產生脈沖信號、并根據外部磁場強度對該脈沖信號進行脈寬調制， 從而能夠提供脈寬與外部磁場強度成比例的脈沖信號，以較低的硬件成本實 現PWM輸出。
需要說明的是，本實施例中只需設置PWM輸出模塊31即可提供脈寬 與外部磁場強度成比例的脈沖信號，而線性輸出模塊32和開關輸出模塊33 只是為了提供更多種類的輸出信號，并非霍爾傳感器中必不可少的模塊。
而且，本實施例在霍爾傳感器中設置了保護模塊35，由于保護模塊35 能夠實現過壓保護，從而提高了霍爾傳感器的安全性。
下面，分別對本實施例中霍爾傳感器內的PWM輸出模塊31、線性輸出模塊32、開關輸出模塊33、以及保護模塊35進行詳細說明。
圖4為本實用新型實施例中霍爾傳感器內PWM輸出模塊的結構示意
圖。如圖4所示，本實施例中的PWM輸出模塊31包括誤差放大器311、
比較器312、 RS觸發器313、振蕩器314、電流源315、 P溝道互補金屬氧
化物半導體(PMOS) 316、 N溝道互補金屬氧化物半導體(NMOS) 317、
以及電容318、 PWM輸出級319。
誤差放大器311，其正端輸入接收經輸出調節模塊34優化后的磁感應
電壓信號、其負端輸入接收偏置與基準模塊12提供的參考電壓信號，其輸
出端輸出磁感應電壓信號相比于參考電壓信號的誤差放大值。
比較器312，其負端輸入接收誤差放大器311輸出的誤差放大值、正端
輸入通過電容318接地，其輸出端在正端輸入大于負端輸入時輸出高電平、
在正端輸入小于等于負端輸入時輸出低電平。
RS觸發器313，其R端連接自比較器312的輸出端、S端連接自振蕩器
314、Q端連接至PWM輸出級319、Q非(即圖4中所示的5 )端連接至PMOS
316和NMOS 317的柵才及。
其中，振蕩器314產生的是高電平脈寬較窄的脈沖信號，參見圖5。 PWM輸出級319也可以對Q端輸出的電平信號進行調節、以增大其驅
動能力后通過PWM輸出端輸出，PWM輸出級319的工作原理與現有如圖
1所示的線性輸出級16和如圖2所示的開關輸出級17相類似，在此不再贅述。
電流源315,接收并輸出偏置與基準模塊312所提供的恒定電流。 PMOS 316，其漏極與電流源相連、源極與電容318連接比較器312的 一端相連、柵極與RS觸發器313的Q非端相連。這樣，在PMOS316作為 控制端的柵極為低電平時，導通電流源315與電容318連接比較器312的一 端，在其作為控制端的柵極為高電平時，斷開電流源315與電容連接比較器 的一端。NMOS317，其漏極與電容318連接比較器312的一端相連、源極與地 端相連、；敗極與RS觸發器313的Q非端相連。這樣，在NMOS317作為控 制端的柵極為高電平時導通電容318連接比較器312的一端與地端，在作為 控制端的柵極為低電平時斷開電容318連接比較器312的一端與地端。
當然，上述PMOS316和NMOS317也可以由其他帶有控制端的開關器 件來替換。
仍參見圖4，該PWM輸出模塊31還包括頻率調節電路310，頻率調節 電路310的輸出端連接至振蕩器314、輸入端連接自如圖3所示的頻率調節 輸入端， 一外接電阻40的一端連接在頻率調節輸入端、該外接電阻40的另 一端接地。
這樣，調節外接電阻的阻值大小，即可通過頻率調節電路310影響到振 蕩器314內部參數，從而影響到振蕩器314產生的脈沖信號周期長度，而由 于PWM輸出模塊31輸出的脈沖信號與振蕩器314產生的脈沖信號周期相 同，因而就實現了對PWM輸出模塊31輸出的脈沖信號頻率調節。
以上只是以通過外接電阻40實現頻率調節為例，實際應用中，也可直 接通過頻率調節信號來控制頻率調節電路310、以改變振蕩器314產生的脈 沖信號頻率，但工作原理基本相同。且頻率調節電路310可由現有任意一種 頻率調節電路來實現，在此不再——贅述。
以下舉一實例，對上述PWM輸出沖莫塊31的工作原理進行如下說明 1 )在圖3中的霍爾片13未感應到外部磁場時，假設誤差放大器311的 放大倍數為n (n大于1的實數)、圖3中的輸出調節模塊34輸出的電磁感 應電壓信號大小為Vm ( Vm的大小由電路特性決定)、偏置與基準模塊ll 提供的參考電壓信號大小為Vr，誤差放大器311輸出至比較器312負端的 電壓為n ( Vm-Vr)。
在振蕩器314產生的脈沖信號的前半個周期內，當該脈沖信號為高電平 時，由于電容318未充電，因而比4交器312的正端輸入電壓大小為0, #^于 比較器312的負端輸入n(Vm-Vr),使得比較器312的輸出為0、即RS觸發器313的R端輸入為0;且由于振蕩器314產生的脈沖信號此時為高電平， 即RS觸發器313的S端輸入為1，因而RS觸發器313的Q端輸出為1、 Q 非端輸出為O， PMOS 316被導通且NMOS 317斷開、電容318充電，相應 地，比較器312的正端輸入電壓逐步提升。
在振蕩器314產生的脈沖信號的前半個周期內，當該脈沖信號跳變為低 電后，雖然電容318已充電，但比較器312的正端輸入電壓仍低于負端輸入 的n(Vm-Vr),因而比較器312的輸出仍為0、即RS觸發器313的R端 輸入仍為0;且振蕩器314輸出的脈沖信號跳變為低電平，即RS觸發器313 的S端輸入變為O,因而RS觸發器313的Q端輸出保持為1、 Q非端輸出 保持為0， PMOS316繼續導通且NMOS317繼續斷開、電容318繼續充電， 使得比較器312的正端輸入電壓逐步提升，并在振蕩器314產生的脈沖信號 的前半個周期結束時高于比較器312的負端輸入電壓n (Vm-Vr)。
這樣，在振蕩器314產生的脈沖信號的前半個周期內，Q端輸出、即 PWM輸出端的輸出均為高電平1。當然，電容318充電使得比較器312的 正端輸入電壓高于負端輸入電壓時間，主要取決于電容318的容值、電流源 315的恒定電流大小、以及誤差放大器311的放大倍數n，本實例中假設電 容318的容值、電流源315的恒定電流大小、以及誤差放大器311的放大倍 數n能夠滿足在振蕩器314產生的脈沖信號的半個周期內，電容318充電即 可使得比較器312的正端輸入電壓高于負端輸入電壓。
在振蕩器314產生的脈沖信號的后半個周期內，由于電容318充電使得 比較器312的正端輸入電壓高于負端輸入電壓，比較器312的正端輸入電壓 高于負端輸入電壓n ( Vm-Vr)，因而比較器312的輸出為1 、即RS觸發器 313的R端輸入為1;由于振蕩器314產生的脈沖信號仍持續為低電平，即 RS觸發器313的S端輸入為0，因而RS觸發器313的Q端輸出跳變為0、 Q非端輸出跳變為1, PMOS 316斷開且NMOS 317凈皮導通、電容318放電； 電容318放電后，使得比較器312的正端輸入電壓逐步降低并低于負端輸入 電壓。其中，電容318放電的時間很快，與振蕩器314產生的脈沖信號周期相比可以忽略不計。
在振蕩器314產生的脈沖信號的后半個周期內，當電容318放電使得比 較器312的正端輸入電壓低于負端輸入電壓時，比較器312的輸出再次變為 0、即RS觸發器313的R端輸入再次跳變為0;而此時，振蕩器314產生的 脈沖信號仍持續為低電平，即RS觸發器313的S端輸入為0,因而RS觸 發器313的Q端輸出保持為0、 Q非端輸出保持為l, PMOS316繼續斷開 且NMOS317繼續導通、電容318放電直至振蕩器314產生的脈沖信號的后 半個周期結束時放空。
這樣，在振蕩器314產生的脈沖信號的后半個周期內，Q端輸出均為0, 直到該脈沖信號在其下一個周期再次調變為高電平為止。當然，電容318放 電直至放空的時間，主要取決于電容318的容值，本實例中假設電容318的 容值能夠滿足該電容在振蕩器314產生的脈沖信號的半個周期內放電放空。
由此，在振蕩器314產生的脈沖信號的高電平脈寬寬度可忽略不計時， 假設電容318充電并使其兩端電壓高于到比較器312的負端輸入電壓的時 間，即Q端輸出為1的時間剛好等于振蕩器314產生的脈沖信號的半個周 期，則能夠實現在圖3中的霍爾片13未感應到外部》茲場時時，PWM輸出模 塊31輸出周期與振蕩器314產生的脈沖信號相同、且占空比為50%的脈沖 信號。
2)在圖3中的霍爾片13感應到外部磁場時，仍假設誤差放大器311的 放大倍數為n (n大于1的實數)、圖3中的輸出調節模塊34輸出的電磁感 應電壓信號大小為Vm， (Vm，大于Vm)、偏置與基準模塊12提供的參考電 壓信號大小為Vr，誤差放大器311輸出至比較器312負端的電壓為n (Vm,-Vr),且n (Vm，-Vr)大于n ( Vm-Vr)。
這樣，相比于霍爾片13未感應到外部磁場的情況，比較器312負端的 電壓升高了 ，電容318充電以使得比較器312的正端輸入電壓高于負端輸入 電壓時間加長了， RS觸發器313的Q端輸出保持為1的時間、即PWM輸 出端的輸出均為高電平1的時間隨之加長了；而由于振蕩器314產生的脈沖信號的頻率是不變的，因而PWM輸出端的脈沖信號的占空比就提高了 。 由此可見，如圖4所示的PWM輸出模塊31能夠輸出脈寬與》茲感應電
壓信號電壓大小、也就是霍爾片13受到的外部磁場強度成比例的脈沖信號。 圖6為本實用新型中霍爾傳感器內線性輸出模塊的結構示意圖。如圖6
所示，本實施例中的線性輸出模塊32包括前端控制電路321和線性輸出
級16。
前端控制電路321用于分壓，與通過如圖3所示的斜率調節輸入端與一 外接電阻60的一端相連、且該外接電阻60的另一端接地；前端控制電^各 321接收經AMP 14放大、并經輸出調節模塊34優化的磁感應電壓信號，按 照其連接的該外接電阻60阻值所確定的分壓比例對接收到的》茲感應電壓信 號進行分壓，并輸出分壓后的it感應電壓信號。
其中，前端控制電路321與外接電阻60的組合可按照現有任意一種分 壓電路的結構來實現，在此不再——贅述。
線性輸出級16，接收分壓后的磁感應電壓信號，并按照現有方式對其 接收到的磁感應電信號進行調節、以增大其驅動能力和輸出范圍后，經線性 輸出端輸出。
這樣，與霍爾片13感應到的^茲感應強度成正比的^茲感應電壓信號，經 前端控制電路321分壓后，再由線性輸出級16進行調節、以增大其驅動能 力和輸出范圍后輸出，使得線性輸出模塊32輸出的磁感應電壓信號與作用 于霍爾片13的外部磁場強度的線性比例有所降低，從而實現了對線性輸出 模塊32的斜率調節。
以上只是以通過外接電阻實現斜率調節為例，實際應用中，也可直接通 過斜率調節信號來控制前端控制電路的分壓比例，但工作原理基本相同，在
此不再——贅述。
當然，如果不需要對線性輸出模塊32進行斜率調節，則也可以去除前 端控制電路321及其連接的外接電阻60，即使得線性輸出模塊32中僅包含 線性輸出級16。圖7為本實用新型中霍爾傳感器內開關輸出模塊的結構示意圖。如圖7 所示，本實施例中的開關輸出模塊33包括采樣控制電路331、遲滯比較 器332、以及開關輸出級17。
采樣控制電路331可由多個電阻串聯而成，接收偏置與基準模塊12提 供的參考電壓信號，并對該參考電壓信號按照分壓比例進行分壓后輸出。其 中，采樣控制電路331還連接至一外接電阻70的一端，該外接電阻70的另 一端接地，采樣控制電路331的分壓比例由該外接電阻70的阻值確定。
遲滯比較器332,其負端輸入接收經AMP 14放大、并經輸出調節模塊 34優化后的^f茲感應電壓信號，其正端輸入連接自采樣控制電路331，其輸出 端連接至開關輸出級17;當其負端輸入小于正端輸入時，其輸出端輸出高 電平；當其負端輸入由小于正端輸入變為大于等于正端輸入時，其輸出端由 高電平變為低電平；當其負端輸入由大于等于正端輸入變為小于正端輸入、 且負端輸入小于預設回復閾值時，其輸出端由低電平變為高電平。
開關輸出級17，接收遲滯比較器332輸出的電平信號，并按照現有方 式對其接收到的電平信號進行調節、以增大其驅動力后，經開關輸出端輸出。
這樣，當如圖3所示的霍爾片13感應到的外部磁場強度由零逐漸增大， 輸出調節模塊34輸出的磁感應電壓信號大小也逐漸增大，當該外部磁場小 于預設導通閾值時，使得輸出調節模塊34輸出的磁感應電壓信號小于經采 樣控制電路331分壓后的參考電壓信號大小，因而遲滯比較器332的負端輸 入電壓小于正端輸入電壓，遲滯比較器332的輸出端輸出高電平，相應地， 開關輸出級17輸出高電平；
當上述外部磁場大于等于預設導通閾值時，使得輸出調節模塊34輸出 的磁感應電壓信號大于等于經采樣控制電路331分壓后的參考電壓信號大 小，因而遲滯比較器332的負端輸入電壓由小于正端輸入電壓變為大于等于 正端輸入電壓，遲滯比較器332輸出也就由高電平變為低電平，相應地，開 關輸出級17輸出低電平；
此后，如果上述外部磁場減小并使其小于預設的導通閾值，使得輸出調2 節模塊34輸出的磁感應電壓信號再次小于經釆樣控制電路331分壓后的參 考電壓信號大小，則由于遲滯比較器332的遲滯特性，其輸出不會立即由低 電平變為高電平，而只有當上述外部磁場減小直至小于預設的回復閾值，即 使得遲滯比較器332負端輸入電壓小于某個預設的特定電壓值時，遲滯比較 器332的輸出才會由低電平變為高電平。該預設的特定電壓值通常由遲滯比 較器332自身的特性決定。
其中，遲滯比較器332的正端輸入電壓與上述預設的特定電壓值的差值 稱之為遲滯比較器332的遲滯電壓，而外部磁場的導通閾值與回復閾值之差 稱之為磁滯，而遲滯比較器332的正端輸入電壓、以及上述預設的特定電壓 值均可看作其輸出端進行高低電平切換的閾值。
而采樣控制電路331由于能夠調節遲滯比較器332的正端輸入電壓，因 而也就調節了遲滯比較器332輸出電壓的高低電平切換閾值，從而實現對閾 值及遲滯電壓大小的調節。
當然，如圖7所示的開關輸出模塊33中，也可以利用現有的施密特觸 發器20、或其他具有類似功能的元器件替換遲滯比較器332。
以上只是以通過外接電阻實現閾值調節為例，實際應用中，也可直接通 過閾值調節信號來控制采樣控制電路的分壓比例。
圖8為本實用新型中霍爾傳感器內保護模塊的結構示意圖。如圖8所示， 本實施例中的保護模塊35包括第一采樣電阻351、第二采樣電阻352、以 及比較器353。
第一采樣電阻351的一端連接自如圖3所示的電壓調節模塊11輸出端 所連接的外部電源Vcc、另一端與第二采樣電阻352的一端相連，第二采樣 電阻352的另一端接地。
比較器353的負端輸入連接自第 一采樣電阻351與第二采樣電阻352相 連的一端、正端輸入接收偏置與基準模塊12提供的參考電壓信號；在正端 輸入大于負端輸入時，其輸出端向電壓調節模塊11的使能端輸出高電平信 號，允許電壓調節模塊11工作；在正端輸入小于等于負端輸入時，其輸出端向電壓調節模塊11輸出低電平信號，禁止電壓調節模塊11工作。
這樣，第一采樣電阻351和第二采樣電阻352構成的分壓電路，將外部 電源Vcc的電壓分壓后輸出至比較器353的負端輸入，而比較器353正端輸 入接收的參考電壓信號與分壓比例的商則可看作過壓保護閾值。
當正端輸入電壓大于負端輸入電壓時，即分壓后的電源Vcc電壓信號小 于過壓保護閾值，則表示電源電壓信號正常，因而向電壓調節模塊U的使 能端輸出高電平信號，允許電壓調節模塊11工作；
當正端輸入電壓小于等于負端輸入電壓時，即分壓后的電源電壓信號大 于等于過壓保護閾值，則表示電源電壓信號異常，因而向電壓調節模塊11 的使能端輸出低電平信號，禁止電壓調節模塊11工作。
上述高電平信號用作允許電壓調節模塊11工作的控制信號，而低電平 信號則用作禁止電壓調節模塊11工作的控制信號，實際應用中，也可利用 低電平信號作為允許電壓調節模塊11工作的控制信號，并利用高電平信號 作為禁止電壓調節模塊11工作的控制信號。
當然，上述保護模塊35僅僅是一種實現方式，能夠依據閾值進行判斷 的各種電路結構均可實現上述功能，在此不再——贅述。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型 的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替 換以及改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、一種霍爾傳感器，包括電壓調節模塊，其輸入端連接自外部電源、并向霍爾傳感器內的所有模塊提供電源電壓信號；偏置與基準模塊，提供參考電壓信號和恒定電流；霍爾片，在感應到與其垂直的磁場時，產生大小與磁感應強度成正比的磁感應電壓信號并輸出至放大器AMP；AMP，輸出放大后的磁感應電壓信號；其特征在于，所述霍爾傳感器還包括脈寬調制PWM輸出模塊，接收AMP放大后的磁感應電壓信號，并輸出脈寬與磁感應電壓信號大小成比例的脈沖信號。
2、 如權利要求1所述的霍爾傳感器，其特征在于，所述PWM輸出模 塊包括誤差放大器，其正端輸入接收所述AMP放大后的磁感應電壓信號、其 負端輸入接收所述偏置與基準模塊提供的參考電壓信號，其輸出端輸出所接 收的磁感應電壓信號相比于參考電壓信號的誤差放大值；第一比較器，其負端輸入接收所述誤差放大值、正端輸入通過一電容接 地，其輸出端在正端輸入大于負端輸入時輸出高電平、在正端輸入小于等于 負端輸入時輸出低電平；RS觸發器，其R端連接自第一比較器的輸出端、S端連接自一振蕩器；PWM輸出級，連接自RS觸發器的Q端，將RS觸發器的Q端輸出信 號調節后輸出；PMOS，其漏極與電流源相連、源極與電容連接比較器的一端相連、柵 極與RS觸發器的Q非端相連；NMOS,其漏極與電容連接比較器的一端相連、源極與地端相連、柵極 與RS觸發器的Q非端相連。
3、 如權利要求2所述的霍爾傳感器，其特征在于，所述PWM輸出模 塊進一步包括頻率調節電路，其輸出端連接至振蕩器、輸入端與第一外接電阻的一端 相連，第一外接電阻的另一端接地。
4、 如權利要求1至3中任意一項所述的霍爾傳感器，其特征在于，所 述霍爾傳感器進一步包括線性輸出模塊，接收AMP放大后的磁感應電壓信號，并對該磁感應電 壓信號進行調節后輸出。
5、 如權利要求4所述的霍爾傳感器，其特征在于，所述線性輸出模塊 包括前端控制電路，與第二外接電阻的一端相連、該第二外接電阻的另一端 接地；且，前端控制電路接收AMP放大后的磁感應電壓信號，并輸出分壓 后的磁感應電壓信號，該分壓的分壓比例依據第二外接電阻的阻值確定；線性輸出級，接收分壓后的磁感應電壓信號，并通過線性輸出端輸出調 節后的該》茲感應電壓信號。
6、 如權利要求4所述的霍爾傳感器，其特征在于，所述霍爾傳感器進 一步包括開關輸出模塊，接收AMP放大后的磁感應電壓信號，并通過開關輸出 端輸出與該》茲感應電壓信號大小相對應的高氐電平。
7、 如權利要求6所述的霍爾傳感器，其特征在于，所述開關輸出模塊 包括采樣控制電路，與第三外接電阻的一端相連、且第三外接電阻的另一端 接地；且，采樣控制電路接收偏置與基準模塊提供的參考電壓信號，并輸出 分壓后的參考電壓信號，該分壓的分壓比例依據第三外接電阻的阻值確定；遲滯比較器，其負端輸入接收AMP放大后的磁感應電壓信號，其正端 輸入連接自采樣控制電路；當其負端輸入小于正端輸入時，其輸出端輸出高 電平；當其負端輸入由小于正端輸入變為大于等于正端輸入時，其輸出端由高電平變為低電平；當其負端輸入由大于等于正端輸入變為小于正端輸入、 且負端輸入小于第一預設值時，其輸出端由低電平變為高電平；開關輸出級，接收遲滯比較器輸出的電平，并對其接收到的電平進行調 節后通過開關輸出端輸出。
8、 如權利要求6所述的霍爾傳感器，其特征在于，所述霍爾傳感器進 一步包括輸出調節模塊，所述AMP放大后的磁感應電壓信號經輸出調節模 塊優化后再輸出至所述PWM輸出模塊、線性輸出模塊、以及開關輸出模塊。
9、 如權利要求8所述的霍爾傳感器，其特征在于，所述霍爾傳感器進 一步包括控制和補償模塊，接收經所述AMP放大、且經所述輸出調節模塊 優化后的磁感應電壓信號，并產生補償控制信號輸出至所述輸出調節模塊。
10、 如權利要求1至3中任意一項所述的霍爾傳感器，其特征在于，所 述霍爾傳感器進一步包括保護模塊，其輸入端連接所述外部電源；在所述外部電源電壓小于第二 預設值時，向電壓調節模塊輸出允許其工作的控制信號；在所述外部電源電 壓大于等于第二預設值時，向電壓調節模塊輸出禁止其工作的控制信號。
11、 如權利要求10所述的霍爾傳感器，其特征在于，所述保護模塊包括第 一采樣電阻的一端連接自所述外部電源、另 一端與第二采樣電阻的一 端相連，第二采樣電阻的另一端接地；第二比較器，其負端輸入連接自第 一采樣電阻與第二采樣電阻相連的一端、正端輸入接收偏置與基準模塊提供的參考電壓信號；其正端輸入連接自 第一采樣電阻與第二采樣電阻相連的一端；在正端輸入大于負端輸入時，其 輸出端向電壓調節模塊輸出允許其工作的控制信號；在正端輸入小于等于負 端輸入時，其輸出端向電壓調節模塊輸出禁止其工作的控制信號。
專利摘要本實用新型公開了一種霍爾傳感器。本實用新型公開的霍爾傳感器包括電壓調節模塊，其輸入端連接自外部電源、并向霍爾傳感器內的所有模塊提供電源電壓信號；偏置與基準模塊，提供參考電壓信號和恒定電流；霍爾片，在感應到與其垂直的磁場時，產生大小與磁感應強度成正比的磁感應電壓信號并輸出至放大器；放大器，輸出放大后的磁感應電壓信號；脈寬調制(PWM)輸出模塊，接收放大器放大后的磁感應電壓信號，并通過PWM輸出端輸出脈寬與磁感應電壓信號大小成比例的脈沖信號。可見，本實用新型由PWM輸出模塊產生脈沖信號、并根據外部磁場強度對該脈沖信號進行脈寬調制，從而使得該霍爾傳感器能夠提供脈寬與外部磁場強度成比例的脈沖信號。
文檔編號G01D5/12GK201233438SQ20082012626
公開日2009年5月6日 申請日期2008年7月29日 優先權日2008年7月29日
發明者波 陳 申請人:比亞迪股份有限公司