專利名稱：線性霍爾電路的制作方法
技術領域：
本發明屬于磁敏電路，即用于測量磁場的電路。
最近關于霍爾電路技術的一項新進展是發現了霍爾器件的電流模式。例如專利文獻EP0357013發明的電路采用了從霍爾器件的一個霍爾電極注入電流的方法，如圖1所示。該注入電流與霍爾電流相等，并轉換為電路的輸出電壓。從而實現磁場的測量。但是，由于霍爾電流的存在，霍爾器件兩個偏置電極的電流將是不相等的，并且將隨外加磁場變化，從而導致霍爾電流與磁場關系的非線性。此外，圖1的電路還有一個缺點，其輸出電壓的零點是霍爾器件內阻與偏置電阻對電源電壓的分壓值。因而霍爾器件內阻值的離散或溫度漂移將引起輸出零點偏差。最近中國專利文獻90106846.2-5提出的對稱偏置技術保證了霍爾器件的兩個偏置電極的電流之和不隨磁場變化。從而保證了霍爾電流與磁場的線性關系。并且電路的輸出零點是電源電壓的中點電位，與霍爾器件內阻無關，因而比較穩定。但是此零點是浮動零點。在采用正負雙電源供電的場合，電源電壓的變化將引起相應的輸出零點漂移。
本發明的目的在于使霍爾電路的輸出具有一個穩定的參考零點，例如”地”電位，同時保證霍爾電流與磁場的良好線性關系。本發明的基本電路方案如圖2所示。
圖2的電路原理如下霍爾器件15的兩個偏置電極15a、15c與電流源I1(11)、I2(21)分別連接;它的兩個霍爾電極15b、15d與運放OA1(17)、OA2(25)的反相輸入端分別連接。運放OA1與OA2的同相輸入端接至參考“地”(27)。OA1的輸出端通過電阻R1、R2分別反饋連接至霍爾器件的偏置電極15a、15c。這樣，當外加磁場使霍爾器件產生霍爾電流Ih時，運放OA1的輸出將通過電阻R1、R2向霍爾器件的偏置電極15a、15c注入反饋電流Ih1、Ih2，以保證霍爾電極15b處于地電位。下面用圖3來進一步說明圖2電路對磁場的響應。
圖3為圖2的簡化電路，其中霍爾器件用一個等臂電橋來等效。磁場作用下產生的霍爾電流用霍爾軸對角線上的霍爾電流源Ih(15e)表示。此外，圖中略去了偏置電流源I1與I2。因為它們不影響電路中信號行為的增量關系。從圖3不難看出，因為霍爾器件是一個等臂電橋，故反饋電流Ih1在上面兩橋臂中是平分的。同樣，Ib2在下面兩橋臂中也是平分的。由于霍爾電極15b沒有電流出入，故有(Ih1+Ih2)/2＝Ih，因此，霍爾電極15d的輸出電流為Iout＝Ih1+Ih2＝2Ih.
此輸出電流經運放OA2與電阻R3構成的電流-電壓轉換器轉換為電路最終的輸出電壓Vo。
本發明的電路設計有如下優點(1)輸出電壓的零點是參考電位“地”;(2)偏置電流源I1與I2或其替代物電阻的失配不會引入零點誤差;(3)參考“地”無電流，故可用作增益調整端，而不影響輸出零點;也可用作輸出零點設定或調零端子，而不會引入附加漂移;(4)當反饋電阻R1與R2相等時，反饋至霍爾器件兩偏置電極的注入電流Ih1與Ih2相等。因此，霍爾器件的兩個偏置電極的電流之和將與磁場無關。從而保證了霍爾電流Ih與磁場的線性關系。這時Ih1、Ih2均與Ih相等，因此可以稱之為反饋霍爾電流。它們都與磁場具有線性關系。因此霍爾輸出電流Iout及電路的輸出電壓Vo也與磁場具有線性關系;(5)偏置電流源采用溫度源或用熱敏電阻代替易于實現溫度補償。
實施實例電路如圖4，其中電路元器件參數如下，R1＝R2＝R3＝R4＝7.5k;R5＝100k;運放OA1，OA2為uA741。霍爾器件為GaAs外延器件，其靈敏度≈0.4/T(T＝特斯拉)。電源電壓V+＝15V，V-＝-15V。電路輸出電壓Vo對磁場的靈敏度≈80V/T。
圖1.此前的電路方案。
圖2.本發明的電路設計方案。
圖3.說明圖2電路原理的簡化等效電路。
圖4.實施電路例。
權利要求
1.一個用于磁場測量的霍爾電路，包含一個霍爾器件(15)與偏置電路(11，21)，其特征在于a.有一個電流注入電路(13，17，19)向霍爾器件的偏置軸兩極反饋霍爾電流(Ih1，Ih2)；b.所說的霍爾器件在其霍爾軸的輸出極(15d)產生一個輸出霍爾電流(Iout)；c.一個放大電路(25，29)將所說的霍爾器件的輸出霍爾電流Iout轉換為電路的輸出電壓。
2.根據權利要求1的電路，其特征在于，所說的向偏置軸兩極注入的反饋霍爾電流迫使霍爾器件的霍爾電極(15b)處于某一個參考電位(27)。
3.根據權利要求1的電路，其特征在于，所說的電流注入電路是一個反饋連接的運算放大器(17)，其反相輸入端與霍爾器件霍爾軸的參考極(15b)連接，其同相輸入端連接至一個參考電位(27)，其輸出端通過兩個反饋電阻R1，R2(13，19)與霍爾器件的兩個偏置極(15a，15c)分別連接。
4.根據權利要求3的電路，其特征在于，所說的兩個反饋電阻R1與R2的阻值相等。
5.根據權利要求1的電路，其特征在于，所說的放大電路是一個以某一個參考電位(27)為輸出零點，由一個運算放大器(25)和一個負反饋電阻(29)構成的電流-電壓轉換器。
全文摘要
由一個霍爾器件和偏置電路構成的霍爾電路，具有一個電流注入電路，向霍爾器件的兩個偏置電極反饋霍爾電流，使霍爾器件的輸出電極處于某一個參考電位，以此參考電位為輸出零點的一個電流-電壓轉換電路將霍爾器件的輸出霍爾電流轉換成為輸出電壓。
文檔編號G01R33/07GK1082200SQ92109150
公開日1994年2月16日 申請日期1992年8月8日 優先權日1992年8月8日
發明者易明鏡 申請人:易明鏡