一种消除霍尔失调的四相电流旋转电路和方法技术

本发明专利技术公开了一种消除霍尔失调的四相电流旋转电路，该电路是由16个开关管构成；时钟信号CLK1控制K11、K21、K31、K41；时钟信号CLK2控制K12、K22、K32、K42；时钟信号CLK3控制K13、K23、K33、K43；时钟信号CLK4控制K14、K24、K34、K44；开关管K11，K24，K33，K42的一端与霍尔传感器的1号端口相连，开关管K12，K23，K34，K41的一端与霍尔传感器的2号端口相连，开关管K13，K22，K31，K44的一端与霍尔传感器的3号端口相连，开关管K14，K21，K32，K43的一端与霍尔传感器的4号端口相连；开关管K11，K12，K13，K14的另一端与VDD相连，开关管K21，K22，K23，K24的另一端与V-输出相连，开关管K31，K32，K33，K34的另一端与GND相连，开关管K41，K42，K43，K44的另一端与V+输出相连。

Four phase current rotation circuit and method for eliminating Holzer imbalance

The invention discloses a method for eliminating Holzer imbalance in the four phase current rotating circuit, the circuit is composed of 16 switch tubes; clock signal CLK1 control K11, K21, K31, K41; CLK2 clock signal control K12, K22, K32, K42; CLK3 clock signal control K13, K23, K33, K43 clock signal; CLK4, K24, K34, K14 control K44 switch K11, K24; K33, K42, is connected with one end of the Holzer sensor port 1, switch K12, K23, K34, K41 is connected with one end of the Holzer sensor port 2, switch K13, K22, K31, K44 is connected with one end of the Holzer the sensor port 3, switch K14, K21, K32, K43 is connected with one end of the Holzer sensor port 4; switches K11, K12, K13, K14 and the other end is connected with the VDD switch K21, K22, K23, K24, the other end is connected with the V- output, switch K31, K32 The other end of the K33 and K34 is connected to the GND, and the other end of the switch tube K41, K42, K43, and K44 is connected to the V+ output.

【技术实现步骤摘要】
—种消除霍尔失调的四相电流旋转电路和方法
本专利技术涉及电学
，特别涉及一种消除霍尔失调的四相电流旋转电路。
技术介绍
霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁电转换元件，凭借其工艺简单、体积小、生产成本低、安装简便、工作电压范围宽、使用寿命长、测量精度高以及防尘、防油等优点，已经广泛地应用到工业变频控制、交通运输、医疗系统、电子消费品和各类智能仪表等领域。然而基于硅工艺的霍尔传感器的磁场灵敏度低，失调很严重，必须采用相应的技术来消除失调。目前国内外消除失调电压和低频噪声的技术有旋转电流技术、斩波调制技术以及双相关采样技术等。其中双相关采样技术需要采样、保持的处理过程，因此电路的输入端会引入较大的失调电压，只适用于要求不高的数据采样系统。而斩波调制技术结合了调制、解调的优点，电路引入的残余失调较低，能够使用要求严格的连续信号处理系统。然而这两种消除失调的技术只能消除霍尔传感器自身产生的失调电压，对外部电路产生的失调效应无能为力。旋转电流法的电路结构简单、原理通俗易懂，并且能够动态消除失调电压和低频噪声，因此得到了广泛的应用。传统的旋转电流法一般采用二相旋转电流法，并且根据不同的工作方式可以分为静态旋转电流法和动态旋转电流法。然而，二相旋转电流法总是无法将所有的残余失调全部去除，使得霍尔信号仍然带有一定的失调和噪声。而本专利技术能够很好地解决上面的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对传统的消除霍尔失调的二相电流旋转方法提出了一种新颖的四相电流旋转方法，该方法能在最大程度上消除霍尔传感器产生的失调电压，而且电路结构简单，不会增加电路制造的成本。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是:本专利技术针对消除霍尔传感器的失调电压和低频噪声提出了一种消除霍尔失调的四相电流旋转电路，如图1所示，该电路是由16 个开关管(K11、K12、K13、K14、K21、K22、K23、K24、K31、K32、K33、K34、K41、K42、K43、K44)构成。时钟信号CLKl控制Κ11、Κ21、Κ31、Κ41 ;时钟信号CLK2控制Κ12、Κ22、Κ32、Κ42 ;时钟信号 CLK3 控制 Κ13、Κ23、Κ33、Κ43 ;时钟信号 CLK4 控制 Κ14、Κ24、Κ34、Κ44。开关管 Kll,Κ24，Κ33，Κ42的一端与霍尔传感器的I号端口相连，开关管Κ12，Κ23，Κ34，Κ41的一端与霍尔传感器的2号端口相连，开关管Κ13，Κ22，Κ31，Κ44的一端与霍尔传感器的3号端口相连，开关管Κ14，Κ21，Κ32，Κ43的一端与霍尔传感器的4号端口相连。开关管Κ11，Κ12，Κ13，Κ14的另一端与VDD相连，开关管Κ21，Κ22，Κ23，Κ24的另一端与V-输出相连，开关管Κ31，Κ32，Κ33，Κ34的另一端与6冊相连，开关管1(41，1(42，1(43，1(44的另一端与V+输出相连。该电路的霍尔磁传感器件内部是对称的结构，通常有四个输入/输出端口，其中两个端口输入偏置电压或电流，另外两个端口输出霍尔信号，四个端口分别用端口 1，2，3，4表示，如果端口I和端口 3之间接入偏置电压或电流，则端口 2和端口 4之间输出霍尔信号；如果端口 2和端口 4之间接入偏置电压或电流，则端口 I和端口 3之间输出霍尔信号。本专利技术整体电路主要由电流旋转电路，放大电路，高通滤波器，双相关采样电路，具有采样保持功能的加法电路和低通滤波器实现。霍尔传感器的四个端口接入电流旋转电路，并在时钟信号的控制下使霍尔传感器不断在四种不同的工作方式下变化。霍尔信号经电流旋转电路后引入放大电路，放大电路与高通滤波器相连，高通滤波器的另一端与双相关采样电路相连，解调后的信号输入具有采样保持功能的加法电路，将前后周期产生的信号相加，后经低通滤波器输出。本专利技术还提供一种消除霍尔失调的四相电流旋转电路的方法，该方法包括:(I)电流旋转阶段:通过在四个连续的时钟周期内轮流闭合四组开关来实现霍尔传感器的四相电流旋转，如图1所示。在第一周期，当CLKl为高电平，CLK2，CLK3，CLK4为低电平时，闭合开关K11，K21，K31，K41，其余开关关断，电流从霍尔传感器的I号端口流入，从3号端口流出，2号端口为输出信号的正极性端口，4号端口为输出信号的负极性端口，输出的信号为(霍尔信号VTH+失调信号VOPl )，实现第一周期的电流流向和信号输出。在第二周期，当CLK2为高电平，CLKl, CLK3，CLK4为低电平时，闭合开关Κ12，Κ22，Κ32，Κ42，其余开关关断，电流从霍尔传感器的2号端口流入，从4号端口流出，3号端口为输出信号的正极性端口，I号端口为输出信号的负极性端口，输出信号为(-VTH+V0P2)，实现第二周期的电流流向和信号输出。在第三周期，当CLK3为高电平，CLKl, CLK2，CLK4为低电平时，闭合开关Κ13，Κ23，Κ33，Κ43，其余开关关断，电流从霍尔传感器的3号端口流入，从I号端口流出，4号端口为输出信号的正极性端口，2号端口为输出信号的负极性端口，输出信号为(VTH-V0P1)，实现第三周期的电流流向和信号输出。在第四周期，当CLK4为高电平，CLKl,CLK2，CLK3为低电平时，闭合开关Κ14，Κ24，Κ34，Κ44，其余开关关断，电流从霍尔传感器的4号端口流入，从2号端口流出，3号端口为输出信号的正极性端口，I号端口为输出信号的负极性端口，输出信号为(-VTH-V0P2)，实现第四周期的电流流向和信号输出。具体四个周期的电流流向和信号输出如图3所示。(2)放大阶段:由于霍尔传感器探测到的信号过于微弱，将经过电流旋转电路的带有失调电压的霍尔信号引入放大器进行放大。(3)双相关采样阶段:根据双相关采样电路的特性，本专利技术可知该电路可以将第二周期输入的信号和第一周期输入的信号进行相减。假设，第一周期由霍尔传感器探测到从放大器输出的霍尔电压为VTH，带有的失调电压为VOPl。由于磁场变化频率远小于时钟信号频率，第二周期由霍尔传感器探测到从放大器输出的霍尔电压仍为VTH，带有的失调电压为V0P2。本专利技术可知，第一周期输入采样电路的信号为(VTH+V0P1)，由于电流流向的旋转，第二周期输入采样电路的信号为(-VTH+V0P2)，由于双相关采样电路的相减功能，第二周期该电路流出的信号应为(-2VTH+V0P2-V0P1)。另外，由于第三周期的电流流向与第一周期相比正好完全相反，所以失调电压的极性发生翻转，同时由于V+和V-的位置也发生对调，所以第一周期与第三周期的霍尔电压的极性保持不变。同理可知，第二周期和第四周期的失调电压的极性相反，霍尔电压的极性保持不变。因此，第三周期输入采样电路的信号为(VTH-VOPI)，第四周期输入采样电路的信号为(-VTH-V0P2 )，第四周期该电路流出的信号应为(-2VTH-V0P2+V0P1)。(4)采样保持和信号相加阶段:具有采样保持功能的加法器可以将第二周期从采样电路输出的信号保持住，同时本专利技术将时钟信号(该时钟频率为输入双相关采样电路的时钟频率的1/2)输入加法器中，使其等待第四周期输入加法器的信号并将两个信号相加。本专利技术已经得知，第二周期输入加法电路的信号应为(-2VTH+V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除霍尔传感器失调的四相电流旋转电路，其特征在于：所述电路是由K11、K12、K13、K14、K21、K22、K23、K24、K31、K32、K33、K34、K41、K42、K43、K44的16个开关管构成，16个开关管均由NMOS管实现，并连接霍尔磁传感器件的四个输入/输出端口；时钟信号CLK1控制K11、K21、K31、K41；时钟信号CLK2控制K12、K22、K32、K42；时钟信号CLK3控制K13、K23、K33、K43；时钟信号CLK4控制K14、K24、K34、K44；开关管K11，K24，K33，K42的一端与霍尔传感器的1号端口相连，开关管K12，K23，K34，K41的一端与霍尔传感器的2号端口相连，开关管K13，K22，K31，K44的一端与霍尔传感器的3号端口相连，开关管K14，K21，K32，K43的一端与霍尔传感器的4号端口相连；开关管K11，K12，K13，K14的另一端与VDD相连，开关管K21，K22，K23，K24的另一端与V?输出相连，开关管K31，K32，K33，K34的另一端与GND相连，开关管K41，K42，K43，K44的另一端与V+输出相连。...

【技术特征摘要】
1.一种消除霍尔传感器失调的四相电流旋转电路，其特征在于:所述电路是由KU、K12、K13、K14、K21、K22、K23、K24、K31、K32、K33、K34、K41、K42、K43、K44 的 16 个开关管构成，16个开关管均由NMOS管实现，并连接霍尔磁传感器件的四个输入/输出端口 ；时钟信号 CLKl 控制 K11、K21、K31、K41 ;时钟信号 CLK2 控制 Κ12、Κ22、Κ32、Κ42 ;时钟信号 CLK3 控制 Κ13、Κ23、Κ33、Κ43 ;时钟信号 CLK4 控制 Κ14、Κ24、Κ34、Κ44 ;开关管 Kll, Κ24, Κ33, Κ42的一端与霍尔传感器的I号端口相连，开关管Κ12，Κ23，Κ34，Κ41的一端与霍尔传感器的2号端口相连，开关管Κ13，Κ22，Κ31，Κ44的一端与霍尔传感器的3号端口相连，开关管Κ14，Κ21,Κ32, Κ43的一端与霍尔传感器的4号端口相连；开关管Kll，Κ12，Κ13，Κ14的另一端与VDD相连，开关管Κ21,Κ22, Κ23，Κ24的另一端与V-输出相连，开关管Κ31，Κ32，Κ33，Κ34的另一端与GND相连，开关管Κ41，Κ42，Κ43，Κ44的另一端与V+输出相连。2.根据权利要求1所述的一种消除霍尔传感器失调的四相电流旋转电路，其特征在于:所述电路中的霍尔磁传感器件内部是对称的结构，有四个输入/输出端口，其中两个端口输入偏置电压或电流，另外两个端口输出霍尔信号，四个端口分别用端口 I，2，3，4表示，如果端口 I和端口 3之间接入偏置电压或电流，则端口 2和端口 4之间输出霍尔信号；如果端口 2和端口 4之间接入偏置电压或电流，则端口 I和端口 3之间输出霍尔信号；霍尔信号和失调信号经过放大，高通滤波，双相关采样和相加运算。3.根据权利要求1或2所述的一种消除霍尔传感器失调的四相电流旋转电路，其特征在于:所述电路中的霍尔信号经电流旋转电路后引入放大电路，放大电路与高通滤波器相连，高通滤波器的另一端与双相关采样电路相连，解调后的信号输入具有采样保持功能的加法电路，将前后周期产生的信号相加，后经低通滤波器输出。4.一种消除霍尔失调的四相电流旋转电路的电流旋转方法，其特征在于，所述方法包括:(1)在第一周期，当CLKl为高电平，CLK2，CLK3，CLK4为低电平时，闭合开关Kll,Κ21，Κ31，Κ41，其余开关关断，电流从霍尔传感器的I号端口流入，从3号端口流出，2号端口为输出信号的正极性端口，4号端口为输出信号的负极性端口，输出的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐跃，王凱玄，谢小朋，陈小青，岳恒，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：