多路高带宽霍尔电流传感器读出电路的研究与设计

发布时间：2024-03-06 21:33

　　科技迅速发展的今天,安全且精确的电流检测一直都是人们关注的焦点。现代电流测量以及自动化技术中,磁传感器是最重要的技术之一。其中,霍尔电流传感器就是使用最为广泛的一种。作为一种非接触式测量方法,霍尔电流传感器不会引入负载效应,能够保证待测电路正常工作,且其与标准CMOS工艺具有很好的兼容性,制造成本低。其产品被广泛应用在汽车电子、工业控制、航天和军用等领域。然而由于前端霍尔元件有限的灵敏度,即使再先进的CMOS霍尔传感器也受其失调电压的影响。霍尔元件产生的霍尔电压非常微弱,小到μV至几个mV这个量级。因此需要使用高精度仪表放大器(IA)对其进行线性放大的同时抑制霍尔元件以及放大器的失调电压和低频1/f噪声。除了对精度的要求之外,某些应用(例如开关电源)通常需要几MHz的带宽来捕获快速电流瞬变。这种高宽带要求在过载/短路检测中更为关键。然而,现有技术的CMOS磁传感器通常只针对低失调或高带宽进行优化,而不是两者兼得。因此本文基于上述原因研究并设计一款多路高带宽霍尔电流传感器读出电路。本文首先介绍了霍尔效应基本原理,并在此基础上设计了前端霍尔元件。为了实现霍尔电压与霍尔失调电压的分离,引入了...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 发展历程与研究现状
    1.3 研究意义与创新性
    1.4 论文主要工作和结构安排
        1.4.1 论文主要工作
        1.4.2 论文结构安排
第二章 霍尔电流传感器理论基础分析
    2.1 霍尔电流传感器基本结构
    2.2 霍尔效应
        2.2.1 霍尔元件的失调电压
        2.2.2 霍尔元件的非线性
        2.2.3 霍尔元件的噪声
        2.2.4 霍尔元件的电阻
    2.3 霍尔元件的设计
    2.4 霍尔元件的失调消除技术
        2.4.1 正交耦合技术
        2.4.2 旋转电流技术
    2.5 本章小结
第三章 仪表放大器理论基础分析
    3.1 斩波技术基本工作原理
    3.2 基本斩波放大器结构
        3.2.1 基本的斩波运放和IA结构
        3.2.2 斩波稳定仪表放大器
        3.2.3 电容耦合仪表放大器
    3.3 纹波消除技术
        3.3.1 开关电容(SC)陷波滤波器
        3.3.2 交流耦合纹波消除环路
        3.3.3 自动校正反馈环路
    3.4 本章小结
第四章 多路高带宽霍尔电流传感器读出电路设计
    4.1 整体电路结构
    4.2 旋转电流电路设计
        4.2.1 四相旋转电流电路
        4.2.2 工作原理
        4.2.3 时钟产生电路
    4.3 电容耦合仪表放大器设计
        4.3.1 CCIA输入级
        4.3.2 CCIA第二级
        4.3.3 CCIA输出级
    4.4 纹波消除环路RRL设计
    4.5 传输门开关的设计
    4.6 整体电路仿真结果
        4.6.1 交流特性仿真及分析
        4.6.2 瞬态特性仿真及分析
        4.6.3 噪声特性仿真及分析
        4.6.4 性能汇总
    4.7 本章小结
第五章 版图设计与芯片测试
    5.1 版图设计
        5.1.1 器件匹配规则
        5.1.2 芯片版图设计
    5.2 芯片测试
    5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3920917