摘要: 霍尔传感器是在信息采集领域迅速发展起来的新型传感器，被广泛应用于自动监测与控制、信息传递、生物医学等领域。其中，基于CMOS工艺的霍尔传感器具有高度集成化、体积小、可靠性高、多功能化等优点，因此CMOS霍尔传感器越来越受欢迎。然而CMOS霍尔... 展开 霍尔传感器是在信息采集领域迅速发展起来的新型传感器，被广泛应用于自动监测与控制、信息传递、生物医学等领域。其中，基于CMOS工艺的霍尔传感器具有高度集成化、体积小、可靠性高、多功能化等优点，因此CMOS霍尔传感器越来越受欢迎。然而CMOS霍尔传感器产生的霍尔电压非常微弱，而系统中又存在较大的失调电压和闪烁噪声，用于消除失调和噪声的信号调理电路的设计显得十分关键。因此，本文以信号调理电路为研究重点，设计了一种高精度低功耗的开关型霍尔传感器。 本文分析了开关型霍尔传感器系统中的关键问题并且制定了相应的解决方案。本文的霍尔盘采用正方形结构来制造，以实现更高的灵敏度和更低的失调电压。针对霍尔盘的失调电压，本文采用了旋转电流法。为了消除信号调理电路中的失调电压和闪烁噪声，本文基于传统的信号调理电路结构进行了优化，并提出了创新性的解决方案，仅使用两个基于特定时序的电容实现自动调零，达到了消除失调电压和闪烁噪声的目的，这种结构大大降低了电路的复杂度。信号调理电路中采用两个运放和一个比较器。第一个运放采用折叠式共源共栅结构，为了节省反馈网络引入的面积而使用了开环结构。第二个运放采用了具有高共模抑制比的双运放仪表放大器结构。为了配合失调消除电路的结构，比较器采用了三级放大器级联的开环运放结构，第一级放大器的输入输出通过一组特定时钟控制的MOS开关连接，在失调消除周期将连接成单位增益负反馈结构。 本文从等效输入热噪声电压、运放的增益、噪声和功耗的分配三个方面进行了系统指标的设计。根据系统指标的要求，围绕高精度和低功耗的目标，对各模块晶体管级的电路参数进行了设计。采用Lfoundry0.15μm CMOS工艺，在Cadence中完成了各电路模块的设计与仿真，进行了整体电路的版图设计和后仿验证，并已流片。仿真结果显示，本文设计的霍尔传感器系统能在-25℃到120℃的温度范围内正常工作，经过信号调理电路之后，系统的输入等效残余失调电压约为6.5μV，芯片的功耗仅625μA。 收起