霍爾傳感器的接口電路框圖如圖1.11所示。它包含一個(gè)電壓-電流轉(zhuǎn)換器(ⅤIC),其輸出通過一個(gè)一階調(diào)制器進(jìn)行數(shù)字化。通過一個(gè)雙向計(jì)數(shù)器,調(diào)制器的輸出信號(hào)被一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)信號(hào)周期所平均,并且該結(jié)果通過Rs-232/SPI/uWire串行兼容接口向外部傳輸。

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    由于存在偏置誤差,4個(gè)霍爾板的輸出信號(hào)在同一旋轉(zhuǎn)電流周期內(nèi)的多個(gè)相位可高達(dá)50mⅤ。然而,其輸出平均值在零場條件下要小得多,甚至小于50nⅤ。因此,這就要求接口電路的相關(guān)輸人偏置要小于~sOnⅤ,其線性動(dòng)態(tài)范圍大約在⒓OdB內(nèi),這對接口電路的設(shè)計(jì)來說是非常大的挑戰(zhàn)。為了獲得上述級別的線性度,ⅥC包括了兩個(gè)擁有超過120dB直流增益的運(yùn)放大器(見圖1.12),其利用加載在電阻上的霍爾板輸出的電壓來產(chǎn)生輸出電 流信號(hào)。一種所謂的嵌入式斬波方法被用來減小輸出信號(hào)偏置到期望的50nⅤ水平。如圖1.12所示,ⅥC首先通過一對由12.5kHz時(shí)鐘頻率信號(hào)“高速”斬波器進(jìn)行信號(hào)偏置斬波。剩余的信號(hào)偏置(基于輸人端斬波器的運(yùn)行峰值)將通過產(chǎn)生一個(gè)死區(qū)來進(jìn)一步減小[37]c這一步驟將通過EllCM 圖1.12 斬波電壓一電流轉(zhuǎn)換器示意圖 信號(hào)(一個(gè)lms的脈沖信號(hào))來完成,其具體方法是在打開輸出信號(hào)開關(guān)的同時(shí),通過EllCM信號(hào)在每一次時(shí)鐘轉(zhuǎn)換后將ⅥC輸出信號(hào)與一個(gè)參考電壓CMd進(jìn)行連接。為了進(jìn)一步減小參考輸人信號(hào)的偏置,對整個(gè)前端信號(hào)偏置都進(jìn)行了10Hz頻率左右的斬波處理,該信號(hào)處理方法是在周期性反轉(zhuǎn)霍爾板偏置電流極性的同時(shí)改變調(diào)制器數(shù)據(jù)流的符號(hào)。

    經(jīng)過以上對霍爾傳感器偏置誤差的處理,并且在嚴(yán)格的熱循環(huán)可靠性測試后,傳感器的磁場偏置僅有4uT,偏置溫度系數(shù)只有8nT/Κ并且偏置信號(hào)漂移也小于0.笏uT[3:]。在導(dǎo)航應(yīng)用中,這一偏置信號(hào)漂移所對應(yīng)的角度誤差小于0,5°。這代表了迄今為止CMOS霍爾傳感器的最佳偏置性能。