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申请/专利权人：南京邮电大学

摘要：本发明提出了一种双通道带宽霍尔电流传感器及实现方法，属于磁传感器技术领域。所述的双通道带宽霍尔电流传感器包括1个低频通路，1个高频通路，1个匹配网络，1个时钟产生电路和1个片上S型铜轨。本发明结构新颖且实现简单，低频通路采用了电流模式动态失调消除和微弱霍尔电流放大技术，不但能实现极低的残余失调和噪声，而且能获得极高的线性度；放大与失调校准电路不仅解决因为高频通路的直流失调过大导致电路不工作问题，而且获得了高的增益和带宽，整体电路具有低的残余失调；采用纯霍尔器件探头的双通道电路设计方案，无需大尺寸的罗氏线圈和耦合电容，不但提高了传感器集成度，减小了功耗，还获得了MHz级以上带宽。

主权项：1.一种双通道宽带霍尔电流传感器，其特征在于，包括1个低频通路，1个高频通路，1个匹配网络，1个时钟产生电路和1个片上S型铜轨；所述的低频通路输出端口为Vo_cds1、Vo_cds2，分别连接所述的匹配网络输入端口Vi_l1、Vi_l2；所述的高频通路输出端口为Vo_lo1、Vo_lo2，分别连接所述的匹配网络输入端口Vi_h1、Vi_h2，所述的匹配网络输入端口为Vi_l1、Vi_l2、Vi_h1、Vi_h2，输出端口为Vout_p、Vout_n；所述的时钟产生电路输出端口T1～T4、T5、T6、T7～T9连接所述的低频通路时钟输入端口clk1～clk4、clk5、clk6、clk7～clk9，所述的时钟产生电路输出端口T10、T11连接所述的高频通路时钟输入端口clk10、clk11；所述的低频通路包括动态旋转电流电路、电流积分放大电路、相关双采样电路；所述的动态旋转电流电路输出端口Vo1、Vo4共同连接所述的电流积分放大电路输入端口Vi_1，所述的动态旋转电流电路输出端口Vo2、Vo3共同连接所述的电流积分放大电路输入端口Vi_2，所述的电流积分放大电路输出端口Vo_i1，Vo_i2分别连接所述的相关双采样电路输入端口Vi_cds1、Vi_cds2，所述的相关双采样电路输出端口Vo_cds1、Vo_cds2分别连接所述的匹配网络电路输入端口Vi_l1、Vi_l2；所述的动态旋转电流电路包括两个结构相同的旋转电流电路CS1和CS2、两个相同的跨导放大电路GM1和GM2；旋转电流电路CS1包含16只NMOS管M1～M16、一个霍尔探头X1、一个偏置电流源Ibias，NMOS管M1～M4的漏极共同接到输入偏置电流源Ibias的输出端，偏置电流源Ibias的输入端连接电压源VDD，NMOS管M1～M4的栅极分别依次接到时钟信号输入端口clk1～clk4，NMOS管M1～M4的源极分别依次连接霍尔探头X1的a端口、b端口、d端口、c端口；NMOS管M5～M8的源极共同接到GND，NMOS管M5～M8的栅极分别依次接到时钟信号输入端口clk1～clk4，NMOS管M5～M8的漏极分别依次接到霍尔探头X1的a端口、b端口、d端口、c端口；NMOS管M9～M12的源极共同接到外部端口Vs1，NMOS管M9～M12的栅极分别依次接到时钟信号clk1～clk4，NMOS管M9～M12的漏极分别依次接到霍尔探头的c端口、a端口、d端口、b端口；NMOS管M13～M16的源极共同接到外部端口Vs2，NMOS管M13～M16的栅极分别依次接到时钟信号输入端口clk1～clk4，NMOS管M13～M16的漏极分别依次接到霍尔探头X1的d端口、b端口、c端口、a端口；NMOS管M1-M16的衬底接地；旋转电流电路CS2包含16只NMOS管M1～M16、一个霍尔探头X2、时钟信号输入端口clk1～clk4、偏置电流源Ibias和外部输出端口Vs3、Vs4，旋转电流电路CS2电路结构和旋转电流电路CS1电路结构一致；所述的旋转电流电路CS1输出端口Vs1、Vs2连接跨导放大电路GM1输入端口V1、V2，旋转电流电路CS2输出端口Vs3、Vs4连接跨导放大电路GM2输入端口V3、V4；所述的电流积分放大电路包括放大器OPA、电容C1、电容C2、开关K1～开关K4；开关K1、K2连接时钟信号clk5，开关K3、K4连接时钟信号clk6，跨导放大电路GM1输出端口Vo1、Vo2分别连接电流积分放大电路输入端口Vi_1、Vi_2，跨导放大电路GM2输出端口Vo3、Vo4分别连接电流积分放大电路输入端口Vi_2、Vi_1，输入端口Vi_1通过开关K1连接放大器OPA同相输入端口，开关K1另一端口分别连接开关K3一端口和电容C1一端口，开关K3另一端口和电容C1另一端口共同连接放大器OPA反相输出端Vo_i1，输入端口Vi_2通过开关K2连接放大器OPA反相输入端口，开关K2另一端口分别连接开关K4一端口和电容C2一端口，开关K4另一端口和电容C2另一端口共同连接放大器OPA同相输出端口Vo_i2；所述的相关双采样电路包括放大器OPA1、电容C3～C8、开关K5～开关K12；开关K5、K6、K9、K10共同连接时钟信号clk7，开关K7、K11共同连接时钟信号clk8，开关K8、K12共同连接时钟信号clk9；输入端口Vi_cds1与电容C3一端连接，电容C3另一端不仅通过开关K5连接放大器OPA1输出端口Vn，而且与电容C4一端连接，电容C4另一端不仅通过开关K6连接地，而且通过开关K7连接放大器OPA1输出端Vn，放大器OPA1输出端Vn通过开关K8与电容C5一端连接并作为输出端口Vo_cds1，电容C5另外一端与地连接；输入端口Vi_cds2与电容C6一端连接，电容C6另一端不仅通过开关K9连接放大器OPA1输出端口Vp，而且与电容C7一端连接，电容C7另一端不仅通过开关K11连接地，而且通过开关K10连接放大器OPA1输出端Vp，放大器OPA1输出端Vp通过开关K12与电容C8一端连接并作为输出端口Vo_cds2，电容C8另外一端与地连接；所述的高频通路包括两个结构相同的偏置电路N_CS1和N_CS2、电压放大电路、放大与失调校准电路；所述的偏置电路输出端口Vno1、Vno2、Vno3、Vno4连接电压放大电路输入端口Vi_ns1、Vi_ns2、Vi_ns3、Vi_ns4，电压放大电路输出端口Vo_ns1、Vo_ns2分别连接放大与失调校准电路输入端口Vi_lo1、Vi_lo2，放大与失调校准电路输出端口Vo_lo1、Vo_lo2连接匹配网络输入端口Vi_h1、Vi_h2；所述的偏置电路N_CS1包括一个霍尔探头X3和一个偏置电流Ibias端，偏置电流Ibias从霍尔探头X3的b端口流进，霍尔探头X3的d端接地，霍尔探头X3的a端口和c端口为输出端口Vno1、Vno2，输出端口Vno1、Vno2分别连接电压放大电路输入端口Vi_ns1、Vi_ns2，所述的偏置电路N_CS2包括一个霍尔探头X4和一个偏置电流Ibias端，偏置电流Ibias从霍尔探头X4的b端口流进，霍尔探头X3的d端接地，霍尔探头X4的a端口和c端口为输出端口Vno3、Vno4，输出端口Vno3、Vno4分别连接电压放大电路输入端口Vi_ns3、Vi_ns4；所述的电压放大电路包括跨导放大电路GM3、GM4，电阻R1，电阻R2；跨导放大电路GM3的同相输出端口与跨导放大电路GM4的反相输出端口连接在一起为输出端口Vo_ns1，跨导放大电路GM3的反相输出端口与跨导放大电路GM4的同相输出端口连接在一起为输出端口Vo_ns2，输出端口Vo_ns1、Vo_ns2分别连接电阻R1、电阻R2一端口,电阻R1、电阻R2另一端口分别接地；所述的放大与失调校准电路包括放大器OPA2、模数转换器ADC、电流模式DAC、固定电流源I1、I4、可调控电流源I2、I3、开关K13；输入端口Vi_lo1连接放大器OPA2输入端口VIP，放大器OPA2输入端口VIP分别串联一个可调控电流源I2和固定电流源I1，输入端口Vi_lo2连接放大器OPA2输入端口VIN，放大器OPA2输入端口VIN分别串联一个可调控电流源I3和固定电流源I4，放大器OPA2输出端口Vo通过开关K13连接ADC，开关K13连接时钟信号clk11，电流模式DAC包括17只PMOS管M1～M17、9只PMOS管M24～M32、9个时钟信号输入端口S0～S8输入端口S0连接的时钟信号为clk10、输入端口S1～S8连接的时钟信号为ADC输出的8位数字信号，可调控电流源I2包括6只NMOS管M33～M38，可调控电流源I3包括4只PMOS管M18～M21，带隙基准输出端口Ierf连接M22管源极，M0管、M9管、M22管、M23管形成共源共栅结构，M22管、M0管栅极共同连接在M22管的漏极，M22管的漏极连接M23管源极，M23管和M9管栅极共同连接M23管漏极，M23管漏极连接GND，PMOS管M0～M8源极共同连接电源电压VDD，M0～M8管栅极共同连接M22管栅极，PMOS管M9～M17源极分别连接PMOS管M0～M8的漏极，PMOS管M9～M17栅极共同连接M23管栅极，PMOS管M24～M32源极分别连接PMOS管M9～M17的漏极，PMOS管M24～M32栅极分别连接时钟信号S0～S8，PMOS管M24～M32漏极共同连接M34管漏极，M33～M35管形成共源共栅结构，M34管和M35管栅极共同连接M34管漏极，M34管和M35管源极分别连接M33管和M36管漏极，M34管和M35管栅极共同连接M34管漏极，M33管和M36管源极共同连接GND，M33管和M36管栅极共同连接M33管漏极，M37管栅极连接M34管栅极，M37管源极连接M38管漏极，M37管漏极为可调控电流源I2输出端口，M38管栅极连接M33管栅极，M38管源极接地，M35管漏极连接M19管漏极，NMOS管M18～M20形成共源共栅结构，M19管和M21管栅极共同连接M19管漏极，M19管和M21管源极分别连接M18管和M20管漏极，M18管和M20管的栅极共同连接M18管漏极，M18管和M20管的源极共同连接电源电压VDD，M21管漏极输出可调控电流源I3，32只PMOS管M1～M32、6只NMOS管M33～M37的衬底接地。

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