CN110249533B - 用于霍尔传感器的信号处理装置以及信号处理方法 - Google Patents

Abstract

用于霍尔传感器的信号处理装置，包括信号路径(1)、反馈路径(3)和转换器路径(5)。信号路径(1)包括霍尔元件(11、12)和前端放大器(16)，它们串联连接并设置成根据磁场(B)生成输出信号(SOUT)。反馈路径(3)包括补偿电路并且耦合到信号路径(1)。转换器路径(5)包括模‑数转换器(51)和偏移补偿电路，并且耦合到信号路径(1)。开关网络(21、22、23、24)耦合在信号路径(1)、反馈路径(3)和转换器路径(5)之间。在补偿阶段中(ΦCOMP)，开关网络(21、22、23、24)将反馈路径(3)电连接到信号路径(1)，使得补偿电路生成补偿信号(SCOR)，该补偿电路耦合到信号路径(1)中。在采样阶段中(ΦSAMP)，开关网络(21、22、23、24)将信号路径(1)连接到转换器路径(5)，使得在转换器路径(5)处提供减小了补偿信号(SCOR)的输出信号(SOUT)。

Description

用于霍尔传感器的信号处理装置以及信号处理方法

技术领域

本发明涉及一种用于霍尔传感器的信号处理装置以及一种用于霍尔传感器的信号处理方法。

背景技术

在霍尔传感器应用中，输出信号易于受到霍尔元件偏移的影响，偏移信号本身能可比应用程序应该转换的期望信号大得多。通常，还实现低噪声放大器LNA，其增加了偏移。因此，霍尔传感器应用通常采用偏移补偿技术来减少这种影响，并使得能够用模-数转换器ADC来转换输出信号。当前，通常使用电流旋转和斩波，通过将期望的信号和误差在频域中分开并将偏移反馈到系统来自适应地补偿输入偏移。当前方案使用自动调零方法来消除偏移或扩大ADC动态范围以处理信号和偏移，从而增加传感器相间的量化噪声。

图7示出了用于霍尔传感器的现有技术偏移补偿装置。该装置包括信号路径、转换器路径和反馈路径。信号路径包括串联连接的霍尔元件和作为前端放大器的低噪声放大器。霍尔元件连接到斩波电路。前端放大器的输出连接到第一电路节点。转换器路径包括串联连接的模-数转换器、第一去斩波电路和具有输出端的数字信号处理器。通常，低通滤波器连接在第一电路节点和模-数转换器之间。模-数转换器经由第二电路节点连接到第一去斩波电路。反馈路径包括串联连接的第二去斩波电路和反馈数-模转换器，该反馈数-模转换器将第一电路节点连接到第二电路节点。

在操作期间，斩波电路接收斩波信号fchop，其在霍尔元件中实现旋转电流。结果，霍尔元件输出两个输出信号S1、S2，它们被提供在前端放大器的输入V+、V-处。前端放大器放大这些信号S1、S2，然后S1、S2被滤波，并在被输入到转换器路径时被提供为信号路径的输出信号。模-数转换器将输出信号转换为数字值。第一去斩波电路确定数字偏移校正输出值，例如，数字值的差。然后，数字信号处理器，例如，坐标旋转数字计算机(cordic)，能够进一步处理数字偏移校正的输出值，以确定与霍尔元件相关的线性或角度位置信息。例如，如果实现为cordic，则数字信号处理器被设置成数字地处理来自两个或更多个通道的信号，以便确定位置和/或角度信息。

通过斩波电路的电流旋转和斩波被用来自适应地补偿输入偏移。结果，期望的传感器信号及其由于霍尔元件和前端放大器的偏移引起的误差在频域中被分开。此外，通过反馈路径将偏移负反馈到信号路径中。第二去斩波电路确定数字反馈偏移输出值，例如，作为数字值的总和。数字反馈偏移输出值通过反馈数-模转换器转换为模拟反馈信号。然后模拟反馈信号经由第一电路节点注入到信号路径，从而从输出信号中减去。

图8示出了另一种用于霍尔传感器的现有技术偏移补偿装置。该装置是图7的装置的进一步发展。信号路径包括串联连接的霍尔元件，由两个连续的放大器、混频器、加法器、前端放大器，另一加法器和缓冲器表示。转换器路径由模-数转换器、第一滤波器、另一混频器和第二滤波器表示。反馈路径包括第三滤波器和反馈数-模转换器。

图7和图8中所示的实现具有一些缺点。模-数转换器ADC设计用于应对最大输入，以允许小的量化步长。但随着信号的偏移增加，ADC可能会饱和并且信号被屏蔽。由反馈路径实现的回路根据系统的采样频率开始减小偏移，但还必须保持稳定的回路，因此回路能够在每个步长执行的最大步长是受限的。因为ADC可能会或可能不会由于过高的偏移值被限幅，所以在回路稳定之前，所得的信号值是无效的。这限制了在低功率应用中的启动时间。为了创建一个样本，设备首先必须经过完整的偏移补偿阶段才能生成期待的样本。

发明内容

本发明的目的是提供一种信号处理装置，并提供一种信号处理方法，该方法在减少的稳定时间内改善霍尔传感器的偏移补偿。

这些目标是通过独立权利要求的主题实现的。从属权利要求中描述了进一步的发展和实施例。

应当理解，下文中关于任何一个实施例描述的任何特征能够单独使用，或者与下文描述的其他特征组合使用，并且除非明确地描述为替代，否则还能够与任何其他实施例的一个或更多个特征或任何其他实施例的任何组合结合使用。此外，在不脱离霍尔传感器的信号处理装置和如所附权利要求中限定的霍尔传感器的信号处理方法的范围的情况下，也能够采用下面未描述的等同和修改。

下面讨论的改进概念基于以下思想：直接在信号前端补偿霍尔元件的偏移，从而不考虑模数转换器ADC，因此消除所需的等待时间。偏移补偿阶段能够快得多并且该装置能够使用比其他解决方案中更少的能量来执行唤醒-补偿-测量-电源关闭的循环，从而降低平均功耗。由于在改进的概念中，在第一阶段之后补偿偏移，因为第一样本已经是无偏移的，所以所需的启动时间大大减少。改进的概念能够在比当前解决方案更小的区域中实现，因为已经存在的单元的现有结构能够适应以形成功能。

改进概念的一部分表明偏移回路环绕着霍尔元件和/或前端放大器，而不涉及整个信号链。由于可以使用斩波和电流旋转方法补偿ADC偏移，改进概念的剩余目标是在第一个采样阶段将偏移减少到适合ADC动态范围的量。

在至少一个实施例中，用于整个传感器的信号处理装置包括信号路径、反馈路径和转换器路径。信号路径包括串联连接的霍尔元件和前端放大器。信号路径被设置为根据磁场生成输出信号。反馈路径包括补偿电路并且耦合到信号路径。转换器路径包括模-数转换器和偏移补偿电路，并且耦合到信号路径。开关网络耦合在信号路径、反馈路径和转换器路径之间。

在补偿阶段中，开关网络将反馈路径电连接到信号路径。通过电连接，补偿电路生成补偿信号，该补偿信号耦合到信号路径中。在采样阶段中，开关网络将信号路径电连接到转换器路径。通过电连接，在转换器路径处提供减小了补偿信号的输出信号。

在补偿阶段中的至少一个实施例中，在转换器路径与信号路径断开电连接时，开关网络将反馈路径电连接到信号路径。

在至少一个实施例中，补偿电路包括连接到开关网络的反馈模-数转换器。此外，反馈数-模转换器通过反馈加法器耦合到反馈模-数转换器。

在至少一个实施例中，反馈路径包括负反馈回路。

在补偿阶段中的至少一个实施例中，反馈路径被设置为调整补偿信号，使得输出信号达到零信号和/或预定目标信号。

在至少一个实施例中，反馈路径包括寄存器，其在补偿阶段中保存表示补偿信号的数字值。此外，反馈路径包括辅助放大器，其通过开关网络连接到信号路径。辅助放大器被设置为提供补偿信号给信号路径。

在至少一个实施例中，前端放大器包括可调补偿源。补偿源被设置为接收补偿信号并将输出信号减小补偿信号。

在至少一个实施例中，前端放大器包括具有第一和第二晶体管支路的电流镜。可调补偿源包括可调偏置电流源和补偿电阻器，它们布置在第一和第二晶体管支路之间的电流镜的连接支路中。

在至少一个实施例中，偏移补偿电路包括对斩波时钟信号进行操作的去斩波电路。补偿阶段和采样阶段包括与时钟信号同步的至少两个补偿子阶段和两个采样子阶段。反馈路径被设置成将来自补偿子阶段的各个补偿信号组合成补偿信号。

在至少一个实施例中，控制单元被设置为根据补偿阶段和采样阶段来操作开关网络。

在至少一个实施例中，用于霍尔传感器的信号处理方法包括以下步骤。信号处理装置，包括：包括串联连接的霍尔元件和前端放大器的信号路径、包括补偿电路的反馈路径、包括模-数转换器和偏移补偿电路的转换器路径。

通过信号路径生成输出信号。在补偿阶段中，信号路径电连接到反馈路径。通过补偿电路生成补偿信号。补偿信号耦合到信号路径中。在采样阶段期间，信号路径电连接到转换器路径。输出信号由补偿信号减小。最后，在转换器路径上提供减小的输出信号。

在至少一个实施例中，补偿信号在补偿阶段中被保存并且在采样阶段中被施加到输出信号。

在至少一个实施例中，调整补偿信号，使得输出信号在补偿阶段期间达到其零信号和/或预定目标信号。

在至少一个实施例中，通过反馈路径的负反馈生成补偿信号。生成补偿信号涉及输出信号的模-数转换，然后是数-模转换。例如，补偿信号在ADC斜率过程中确立，与逐次逼近概念相当。

在至少一个实施例中，在补偿阶段中，在通过所述模-数转换器的模-数转换之后，对输出信号进行去斩波和偏移补偿。

在下文中，参考附图更详细地描述了上述的原理，附图中示出了示例性实施例。

在下面的示例性实施例和附图中，相似或相同的元件可以各自具有相同的参考标记。然而，附图中示出的元件及其彼此之间的尺寸关系不应被视为真实比例。相反，可放大各个元件(例如层、组件和区域)以实现更好的说明或提高理解。

附图说明

图1示出了用于霍尔传感器的信号处理装置的示例性实施例，

图2示出了反馈路径的示例性实施例，

图3示出了前端放大器的示例性实施例，

图4示出了用于霍尔传感器的信号处理装置的另一示例性实施例，

图5示出了用于霍尔传感器的信号处理装置的另一示例性实施例，

图6示出了用于霍尔传感器的信号处理装置的示例性时序图，

图7示出了用于霍尔传感器的现有技术偏移补偿装置，和

图8示出了用于霍尔传感器的另一现有技术偏移补偿装置。

具体实施方式

图1示出了用于霍尔传感器的信号处理装置的示例性实施例。信号处理装置包括信号路径1、反馈路径3和转换器路径5。

信号路径1包括串联连接的霍尔元件11、12、第一乘法器13、第一加法器14、第二加法器15和前端放大器16。在图中，霍尔元件11、12由两个连续的放大器11和12表示。前端放大器16通过开关网络耦合到反馈路径3和转换器路径5。开关网络包括第一开关21和第二开关22，并连接到第一电路节点N1。偏移端17连接到第一加法器14的正输入端。

反馈路径3从第一电路节点N1经由第二开关22跨到第二加法器15。第二开关22连接到反馈模-数转换器30，该反馈模数转换器30串联连接到第三加法器31和反馈数-模转换器32。在该实施例中，反馈模-数转换器30连接到第三加法器31的负输入端。第三加法器31的正输入端连接到目标端33。反馈数-模转换器32连接到第二加法器15的负输入端。

转换器路径5连接到第一电路节点N1，并且包括串联连接的缓冲器50、模-数转换器51、第一滤波器52、第二乘法器53和第二滤波器54。此外，转换器路径5包括去斩波电路55，其经由第二电路节点N2连接到第二乘法器53。另外，第二电路节点N2连接到第一乘法器13。

在操作期间，霍尔元件11、12检测施加在场输入18处的磁场B。通常，霍尔元件11，12在旋转电流配置中操作并根据在霍尔元件中的电流生成相应的磁场信号S1、S2。这些信号通过前端放大器16进行放大。此外，可以通过偏移端17添加偏移，例如，用于调制来自霍尔元件11、12和前端放大器16的偏移，这些偏移通常具有相同的相位。霍尔元件11、12和前端放大器16都经受偏移，该偏移作为附加信号分量被添加到信号路径1的输出信号SOUT。换句话说，霍尔元件11、12和前端放大器16的偏移叠加在磁场信号上。

转换器路径5被设置成将信号路径1的模拟输出信号SOUT转换为数字输出值DOUT。基本上，转换是通过模-数转换器51执行的，但是通过滤波来辅助，例如，通过第一滤波器52进行低通滤波。使用去斩波电路55和第二乘法器53对得到的数字值进行去斩波(dechopping)。去斩波的数字值被滤波，例如，通过第二滤波器52进行低通滤波，并在输出端子56处提供数字输出值DOUT。因此，转换器路径5使用斩波和电流旋转执行偏移校正。

然而，通过斩波和电流旋转的偏移校正发生在模-数转换之后，因此可能受到模数转换器51的带宽的限制。为了减小该限制，反馈路径3被设计为生成补偿信号TARGET，该补偿信号TARGET被耦合或反馈到信号路径1中。基本上，反馈路径3被构造为负反馈回路，因此从输出信号SOUT中减去补偿信号SCOR。可以通过目标端33影响补偿信号SCOR，例如，通过在目标端33处施加目标信号TARGET。然而，补偿信号TARGET主要由反馈模数转换器30和反馈数模转换器32的实现确定，它们一起考虑构成补偿电路。进一步的细节将在图2中讨论。

优选地，信号处理装置在连续的阶段中操作，包括补偿阶段ΦCOMP和采样阶段ΦSAMP。这两个阶段主要由第一和第二开关21、22的开关状态确定。在补偿阶段ΦCOMP期间，第一和第二开关将反馈路径3电连接到信号路径1。来自前端放大器16的输出信号SOUT被馈送到反馈路径3，反馈路径3生成补偿信号SCOR。补偿信号SCOR可以立即馈送到信号路径1或保存在寄存器中(见图5)，且仅在采样阶段ΦSAMP期间应用。在采样阶段ΦSAMP期间，第一和第二开关21、22将信号路径1连接到转换器路径5，并且并且由补偿电压SCOR减小的输出信号SOUT在模-数转换器51处提供。

由于在补偿阶段ΦCOMP中确定的补偿信号SCOR，输出信号SOUT在采样阶段ΦSAMP期间能够减小到更好地适合模-数转换器51的动态范围的量。补偿阶段ΦCOMP和采样阶段ΦSAMP并行运行时，补偿信号SCOR能够叠加；或者，补偿信号SCOR被保存并且仅在采样阶段ΦSAMP期间呈现给信号路径1。在这两种情况下，模-数转换器51的带宽要求可以放宽，从而能够减少启动时间。这主要是由于反馈路径3“环绕”在前端放大器16周围而不是转换器路径5的一部分。

在另一实施例(未示出)中，反馈路径3耦合回到霍尔元件11，12而不是前端放大器16。例如，补偿信号SCOR可以直接注入到霍尔元件11、12，然后，由补偿信号SCOR确定的值使霍尔元件11、12失谐。或者，补偿信号能够在霍尔元件11、12的下游并且在前端放大器16之前注入。

图1和图4中的第一滤波器52也能够布置在模-数转换器51的前面。这样，第一滤波器能够用作抗锯齿滤波器。此外，两个滤波器也能够实现为一个在模-数转换器51的前面，一个在模-数字转换器51的下游。

图2示出了反馈路径的示例性实施例。该图表示一种可能的生成补偿信号TARGET的补偿方案的非常基本的表示生成。前端放大器16表示为低噪声放大器LNA。特别地，前端放大器16被实现为具有跨导gm的运算跨导放大器OTA。放大器16具有两个输入端V+、V-，以从霍尔元件11、12接收差分输入电压。在其输出侧，前端放大器16经由第一开关21连接到电流输出端35，能够通过使能端43操作第一开关21。此外，前端放大器16的输出侧连接到反相比较器、具有滞后的逆变器36的输入侧。逆变器36的输出侧连接到低通滤波器38，低通滤波器38包括第四加法器39和延迟元件40。低通滤波器连接到时钟端。辅助放大器41将低通滤波器38的输出连接到布置在前端放大器16的负输入侧的可调补偿源42。

在补偿阶段ΦCOMP期间，霍尔元件11、12生成与偏移相叠加的标称输出信号SOUT，在下文中表示为偏移信号(参见图1或图4)。反馈路径3基本上被设计为负反馈回路，使得能够通过生成零信号作为前端放大器16的输出来调节偏移信号。因此，反馈路径3基本上被设计为在补偿阶段ΦCOMP期间生成零信号作为信号路径1的信号输出。在采样阶段ΦSAMP期间使用补偿电压VCOR以生成偏移减小的输出信号SOUT，其将在转换器路径5处被提供以用于模数转换和进一步的信号处理。

能够通过施加到目标端33的目标信号TARGET来调节零信号(未示出，也参见图1)。目标信号TARGET能够被调整到不同的信号电平。零电平对应于上述零信号。然而，它们之间的任何值都是可能的，并且仅受给定应用程序的特定需求的限制。

在补偿阶段ΦCOMP期间，前端放大器16的输出对电流输出端35关闭。这是通过施加使能端的使能信号EN_COMP来实现的，该使能端迫使打开前端放大器16并将其与电流输出端子35电断开。同时第二开关22闭合。这基本上将前端放大器16的电流输出转变到比较器，即高欧姆电流源。实际上，前端放大器16的增益很高，因为在其输出侧没有另外的电阻。根据跨导gm的值，放大器16生成输出电流IFE。结果，如果输入偏移信号为正值，则前端放大器16(作为比较器操作)的输出处于正电源电压VDD，或者如果偏移信号的值为负，则前端放大器16的输出处于负电源电压VSS。

前端放大器16的输出信号SOUT(表示为输出电流IFE)经由第二开关22注入到反馈路径3。基本上，输出信号SOUT然后由补偿信号SCOR在数字域中校正，并且在模拟域中生成相应的补偿电压VCOR，然后将其反馈到信号路径1中。因此，反馈路径3基本上构成负反馈回路，其被反复通过直到确定稳定的输出信号SOUT。补偿信号SCOR通过与逐次逼近概念相当的ADC斜率过程被确定。

例如，该实施例中的反馈路径3构成积分寄存器，其能够在复位到中间码(FSR/2)期间存在。如果前端放大器16的输出信号SOUT为0，即指示值小于0的偏移，则通过逆变器36的反馈路径3开始将1’s添加到补偿信号SCOR(数字)，例如，通过在时钟端44上施加到延迟元件40的时钟信号CLK的每个时钟沿增加补偿码。基本上，低通滤波器38根据在时钟端44处施加的时钟信号CLK构成数-模转换器。例如，滤波器或ADC构成递增/递减计数器。滤波器能够在由第一滤波器52的滤波器常数确定的稳定时间内稳定。例如，使用30kHz滤波器和N＝32的偏移步长需要16个脉冲。时钟频率fclk能够根据Tclk＜1/(2·π·fclk·N/2)导出，给定上述值，时钟频率可能是生成3MHz。因此，根据偏移步长，时钟的范围可以是2到10MHz。

辅助放大器41放大(模拟)补偿信号SCOR。根据补偿信号SCOR，调节可调补偿源42，使得补偿电压VCOR被注入前端放大器16的负输入V-。一旦包括补偿电压VCOR的偏移电压VOUT通过0V，前端放大器16的输出信号SOUT翻转为1，积分器在时钟信号CLK的后续时钟边沿再次减小其码。在几次循环之后，反馈路径3以±1的最低有效位LSB，在0V附近切换。

图3示出了前端放大器的示例性实施例。前端放大器16被分成两个晶体管支路100、120，它们作为电流镜连接。此外，两个晶体管支路100、120经由补偿电阻器R1连接，补偿电阻器R1通过可调偏置电流源I1连接到VDDA(正电源电压VDD模拟)。

第一晶体管支路100包括第一电流路径101，其包括连接在VDDA和VSSA(负电源电压VSS模拟)之间的晶体管M5和M7。第二电流路径102包括晶体管M1，其经由第一电流源104连接在补偿电阻器R1和VSSA之间。晶体管M1的控制侧连接到负输入端V-。第三电流路径103连接在补偿电阻器R1和第二电流路径102与VSSA之间。最后，三个电流路径101、102、103经由晶体管M5和M3相应控制侧以及电路节点N3的互连。

第二晶体管支路120包括第一电流路径121，其包括连接在VDDA和VSSA(负电源电压VSS模拟)之间的晶体管M6和M8。第二电流路径122包括晶体管M2，其经由第一电流源124连接在补偿电阻器R1和VSSA之间。晶体管M2的控制侧连接到正输入端V+。第三电流路径123连接在补偿电阻器R1和第二电流路径122与VSSA之间。三个电流路径121、122、123经由晶体管M4和M6的相应控制侧以及电路节点N4互连。位于晶体管M6和M8之间的电路节点N5连接到电流输出端35。

原则上，两个晶体管M1和M2将输入电压，即霍尔元件11，12的输出信号，复制到补偿电阻器R1上。生成的流过R1的电流调制通过晶体管M3和M4的电流，并且分别使用晶体管M5、M6和M7、M8将电流差复制到电流输出端35。通过移动电流源I1在补偿电阻器R1内的注入点来实现补偿源。例如注入点越向左或向右移动时，在R1上人为地生成越多的差分电压，从而改变M3和M4中的电流，并因此改变输出。补偿电阻器R1上的这种不对称性是信号路径1的输出信号中的偏移贡献的测度。

在某种意义上，前端放大器16用作比较器，反馈路径3用于在补偿阶段ΦCOMP期间调整零信号作为前端放大器的输出。使用具有高频率的时钟信号CLK可以实现大量抽头。前端放大器能够使用更高的带宽，这是能够改善所提出的信号处理装置的启动时间的一个原因。此外，由于通常需要电流源，不论偏移补偿是否内置，反馈路径能够重用前端中已经存在的结构。除了现有结构之外，还能够添加开关。

关于速度方面的考虑，前端放大器16基本上是具有跨导gm＝2/R1的OTA。带宽能够看作是OTA的跨导gm和输出的电容性负载的组合，这给出BW＝gm·(2·π·C)^-1的带宽。假设负载电容为0.5pF，电阻器R在1kΩ的范围内，则系统的带宽BW在600MHz的范围内。这将限制此点(大约10MHz)之前的带宽方式。对于稳定到90％，3τ可以考虑将一步所需的转换时间设置为大约5ns。与使用传统方法在20kHz采样速率(150μs)下的3次转换相比，能够在不到20μs内评估128位的DAC。

所提出的概念的一个限制因素是在如此高的带宽内生成的噪声，例如，通过可调电流源生成的噪声，但这仅限制了偏移DAC的分辨率，其通常不是系统的关键参数。对于±5mV输入相关偏移，8位DAC将给出39μV的LSB大小。在10MHz时，估计的输入相关RMS噪声约为34μVRMS，在补偿完成后生成约100μV的最大误差。

图4示出了用于霍尔传感器的信号处理装置的另一示例性实施例。该实施例是图1所示的实施例的进一步发展。此外，反馈路径3包括在反馈数模转换器之后的低通滤波器。该滤波器可以根据图2中讨论的原理实现。

到目前为止讨论的基本方法在补偿阶段ΦCOMP期间采用了前端放大器的自动调零概念。然而，在一些实施例中，在该阶段期间，不仅霍尔元件的偏移和补偿阶段ΦCOMP，而且指示施加磁场B的期望信号也能够贡献于信号路径1的信号输出SOUT。因此，所提出的概念对期望的信号和偏移都进行补偿。由于霍尔元件的输出信号S1、S2被斩波，它将在随后的采样阶段ΦSAMP中改变其符号，这要求ADC动态范围能应对两倍的信号振幅。一种改进的方法是在信号改变其符号的情况下运行两个补偿阶段ΦCOMP1、ΦCOMP2，并在没有期望信号的贡献的情况下使用所得的补偿值计算偏移。

图5示出了用于霍尔传感器的信号处理装置的另一示例性实施例。该实施例实现两个补偿阶段ΦCOMP1、ΦCOMP2。转换器路径5类似于图7中所示的转换器路径。信号路径1包括经修改的前端放大器16，其包括如图3所示的补偿电阻器。实际上，反馈路径3经由补偿电阻器R1连接到信号路径1。

反馈路径3包括第二开关、连接到递增/递减计数器45的逆变器。此外，递增/递减计数器45连接到时钟49。例如，时钟值能够是如上所述的2到10MHz。递增/递减计数器45的输出连接到第六电路节点N6并分成三个电路支路。第一电路支路经由第三开关23和第六电路节点N6将第六电路节点N6连接到前端放大器16，特别是连接到补偿电阻器R1。第二和第三电路支路各自包括寄存器46、47，其在各自的输出侧连接到加法器48的正输入。加法器48的输出连接到辅助放大器41。辅助放大器41，在其输出端侧，经由第四开关24连接到第六电路节点N6。

信号处理装置的操作类似于图1和图4的操作，特别是，反馈和补偿信号SCOR的生成是类似的。然而，关于图6讨论了操作的进一步细节。

图6示出了用于霍尔传感器的信号处理装置的示例性时序图。该图基于图5的实施例。时序图示出了作为时间t的函数的几个特征信号。

信号处理装置在两个连续的操作阶段中操作，即补偿阶段ΦCOMP，然后是采样阶段ΦSAMP。补偿阶段ΦCOMP分为两个连续的补偿阶段ΦCOMP1、ΦCOMP2，它们由斩波电路55的斩波信号FCHOP限定。同样，采样阶段ΦSAMP被分成两个连续的采样阶段ΦSAMP1、ΦSAMP2，其中由斩波电路55的斩波信号FCHOP限定。换句话说，连续补偿阶段ΦCOMP1、ΦCOMP2和连续采样阶段ΦSAMP1、ΦSAMP2与旋转电流过程中与对霍尔元件11、12的斩波同步。

此外，时序图示出了第一和第二寄存器信号Φ1、Φ2、递增/递减计数器的输出信号SCOUNT、第一和第二寄存器的输出信号OFF_PH1、OFF_PH2、辅助放大器GFB的输出信号以及信号路径1的表示为相对于模拟地AGND的输出电压VOUT_LNA的输出信号SOUT。

在第一个补偿阶段ΦCOMP1期间，霍尔元件具有第一电流方向。通过递增/递减计数器，反馈路径3创建偏移+信号(在图中表示为标称码-偏移1)的第一个值，该值作为寄存器信号OFF_PH1保存在第一寄存器46中。在第二个补偿阶段ΦCOMP2期间，霍尔元件具有第二电流方向。通过递增/递减计数器45，反馈路径3创建偏移-信号(在图中表示为标称码-偏移2)的第二个值，该值作为寄存器信号OFF_PH2保存在第二寄存器47中。第一和第二寄存器46、47分别由第一和第二寄存器信号Φ1、Φ2激活，并且在将它们保存的寄存器信号OFF_PH1、OFF_PH2与加法器48相加之后提供给辅助放大器41。换句话说，如图5所述，在两个补偿阶段ΦCOMP1、ΦCOMP2之后，加法器48将寄存器信号OFF_PH1、OFF_PH2相加并将它们除以2(通过图中辅助放大器41的比例因子0.5)以得到实际偏移值，并且经由补偿电阻器R1将这些信息反馈到信号路径1。

附图标记

1 信号路径

11 霍尔元件

12 霍尔元件

13 乘法器

14 第一加法器

15 第二加法器

16 前端放大器

17 偏移端

18 场输入

21 第一开关

22 第二开关

23 第三开关

24 第四开关

3 反馈路径

30 反馈模-数转换器

31 第三加法器

32 反馈数-模转换器

33 目标端

35 电流输出端

36 逆变器

38 滤波器

39 加法器

40 延迟元件

41 辅助放大器

42 可调补偿源

43 使能端

44 时钟端

45 递增/递减计数器

46 第一寄存器

47 第二寄存器

48 加法器

49 时钟

5 转换器路径

50 缓冲器

51 模-数转换器

52 第一滤波器

53 第二乘法器

54 第二滤波器

55 去斩波电路

56 输出端

57 坐标旋转数字计算机

100,120 晶体管支路

101,121 电流支路

102,122 电流支路

103,123 电流支路

104,124 电流源

AGND 模拟地

B 磁场

CLK 时钟信号

EN_COMP 使能信号

IFE 输出电流

N1至N6 电流节点

D1,D2 霍尔元件的数字输出信号

DOUT 数字输出值

GFB 辅助放大器的输出信号

I1 可调偏置电流源

OFF_PH1 寄存器信号

OFF_PH2 寄存器信号

OFFSET 偏移信号

R1 补偿电阻器

S1,S2 输出信号霍尔元件

SCOR 补偿信号

SCOUNT 输出信号递增/递减计算器

SOUT 输出信号

TARGET 目标信号

ΦCOMP 补偿阶段

ΦSAMP 采样阶段

Φ1,Φ2 寄存器信号

VCOR 补偿电压

VDD 正电源电压VDD

VDDA 正电源电压VDD模拟

VOUT 输出电压

VSS 负电源电压

VSSA 负电源电压VSS模拟

V+ 前端放大器的输入端

V- 前端放大器的输入端

Claims (15)

1.一种用于霍尔传感器的信号处理装置，包括：

-信号路径(1)，其包括串联连接的霍尔元件(11、12)和前端放大器(16)，并且设置成根据磁场(B)生成输出信号(SOUT)，

-反馈路径(3)，其包括补偿电路，所述反馈路径(3)通过开关网络(21、22、23、24)耦合到所述信号路径(1)，所述补偿电路包括：

-反馈模-数转换器(30)，其连接到所述开关网络(21、22、23、24)，和

-反馈数-模转换器(32)，其中，所述反馈模-数转换器(30)和所述反馈数-模转换器(32)通过反馈加法器(31)彼此耦合，

-转换器路径(5)，其耦合到所述信号路径(1)，所述转换器路径(5)包括：串联连接的缓冲器(50)、模-数转换器(51)、第一滤波器(52)、第二乘法器(53)和第二滤波器(54)，此外，所述转换器路径(5)包括去斩波电路(55)，其中，所述转换器路径(5)被设置成将信号路径(1)的模拟输出信号(SOUT)转换为数字输出值(DOUT)，

-所述开关网络(21、22、23、24)耦合在所述信号路径(1)、反馈路径(3)和转换器路径(5)之间，并且其中

-在补偿阶段(ΦCOMP)中，在转换器路径(5)与信号路径(1)断开电连接时，开关网络(21、22、23、24)将反馈路径(3)电连接到信号路径(1)，使得补偿电路生成耦合到信号路径(1)中的补偿信号(SCOR)，和

-在采样阶段(ΦSAMP)中，在反馈路径(3)与信号路径(1)断开电连接时，开关网络(21、22、23、24)将信号路径(1)连接到转换器路径(5)，使得在转换器路径(5)处提供减小了补偿信号(SCOR)的输出信号(SOUT)，

-所述前端放大器(16)包括可调补偿源(42)，所述可调补偿源(42)被设置为接收所述补偿信号(SCOR)并将所述输出信号(SOUT)减小所述补偿信号(SCOR)，其中，所述可调补偿源(42)包括可调偏置电流源(I1)和补偿电阻器(R1)，其中，通过移动可调偏置电流源(I1)在补偿电阻器(R1)内的注入点来实现补偿源(42)，其中，所述前端放大器(16)包括具有第一晶体管支路和第二晶体管支路(100，120)的电流镜，并且其中，所述前端放大器(16)通过所述开关网络(21、22、23、24)耦合到反馈路径(3)和转换器路径(5)。

2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中，所述反馈路径(3)包括负反馈回路。

3.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中，在补偿阶段(ΦCOMP)中，反馈路径(3)被设置为调整所述补偿信号(SCOR)，使得所述输出信号(SOUT)达到零信号和/或预定目标信号。

4.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中，所述反馈路径(3)包括寄存器(46、47)，以在补偿阶段(ΦCOMP)中保存表示所述补偿信号(SCOR)的数字值；并且还包括辅助放大器(41)，其经由开关网络(21、22、23、24)连接到信号路径(1)，以将所述补偿信号(SCOR)提供给信号路径(1)。

5.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中，

-所述可调偏置电流源(I1)和所述补偿电阻器(R1)设置在所述电流镜的连接支路中。

6.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中，

-所述去斩波电路(55)对斩波时钟信号(fchop)进行操作，

-所述补偿阶段(ΦCOMP)和所述采样阶段(ΦSAMP)包括与所述时钟信号(fchop)同步的至少两个补偿阶段(ΦCOMP1、ΦCOMP2)和两个采样阶段(ΦSAMP1、ΦSAMP2)，和

-所述反馈路径(3)被设置成将来自两个补偿阶段(ΦCOMP1、ΦCOMP2)的补偿信号组合成补偿信号(SCOR)。

7.根据权利要求1所述的信号处理装置，还包括控制单元，其被设置为在补偿阶段(ΦCOMP)和采样阶段(ΦSAMP)中操作所述开关网络。

8.根据权利要求1所述的信号处理装置，还包括电路节点(N1)，其将信号路径(1)与转换器路径(5)连接并连接到反馈路径(3)，其中，反馈路径(3)从所述电路节点(N1)经由开关网络跨越到前端放大器(16)的输入侧。

9.根据权利要求1所述的信号处理装置，还包括电路节点(N1)，其将信号路径(1)与转换器路径(5)连接并连接到反馈路径(3)，其中，反馈路径(3)从所述电路节点(N1)经由开关网络跨到霍尔元件(11、12)。

10.根据权利要求8所述的信号处理装置，其中，所述前端放大器(16)的输出侧经由第一电路节点(N1)与所述模-数转换器(51)的输入侧连接。

11.一种用于霍尔传感器的信号处理方法，所述霍尔传感器包括：信号路径(1)，其包括串联连接的霍尔元件(11、12)和前端放大器(16)；反馈路径(3)，其包括通过开关网络(21、22、23、24)耦合到所述信号路径(1)的补偿电路，所述补偿电路包括反馈模-数转换器(30)，其连接到所述开关网络(21、22、23、24)，并包括反馈数-模转换器(32)，其中，所述反馈模-数转换器(30)和所述反馈数-模转换器(32)通过反馈加法器(31)彼此耦合；以及转换器路径(5)，其耦合到所述信号路径(1)，所述转换器路径(5)包括：串联连接的缓冲器(50)、模-数转换器(51)、第一滤波器(52)、第二乘法器(53)和第二滤波器(54)，此外，所述转换器路径(5)包括去斩波电路(55)，其中，所述转换器路径(5)被设置成将信号路径(1)的模拟输出信号(SOUT)转换为数字输出值(DOUT)，所述方法包括以下步骤：

-生成信号路径(1)的输出信号(SOUT)，

-在补偿阶段(ΦCOMP)中，当转换器路径(5)与信号路径(1)断开电连接时，将反馈路径(3)电连接到信号路径(1)，

-通过所述补偿电路生成补偿信号(SCOMP)，

-将所述补偿信号(SCOMP)耦合到信号路径(1)中，和

-在采样阶段(ΦSAMP)中，当反馈路径(3)与信号路径(1)断开电连接时，将信号路径(SP)电连接到转换器路径(5)，

-将输出信号(SOUT)减小所述补偿信号(SCOMP)，

-向转换器路径(5)提供减小的输出信号，

其中，所述前端放大器(16)包括可调补偿源(42)，所述可调补偿源(42)被设置为接收所述补偿信号(SCOMP)并将所述输出信号(SOUT)减小所述补偿信号(SCOMP)，其中，所述可调补偿源(42)包括可调偏置电流源(I1)和补偿电阻器(R1)，并且其中，通过移动电流源(I1)在补偿电阻器(R1)内的注入点来实现将补偿信号(SCOMP)耦合到信号路径(1)中，其中，所述前端放大器(16)包括具有第一晶体管支路和第二晶体管支路(100，120)的电流镜，并且其中，所述前端放大器(16)通过所述开关网络(21、22、23、24)耦合到反馈路径(3)和转换器路径(5)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在补偿阶段(ΦCOMP)中保存所述补偿信号(SCOR)并且在采样阶段(ΦSAMP)中将所述补偿信号(SCOR)施加到所述输出信号(SOUT)。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，调整所述补偿信号(SCOR)，使得所述输出信号(SOUT)在补偿阶段(ΦCOMP)期间达到零信号和/或预定目标信号。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述补偿信号(SCOR)是通过反馈路径(3)的负反馈生成的，并且其中，所述补偿信号(SCOR)的生成涉及对输出信号(SOUT)的模-数转换和随后的数-模转换。

15.根据权利要求11或12所述的方法，其中，在补偿阶段(ΦCOMP)中，在通过所述模-数转换器(51)的模-数转换之后，对所述输出信号(SOUT)进行去斩波和偏移补偿。