用于提供周期性雙向激勵(lì)電流波形的激勵(lì)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及磁傳感器，且更特定來說，涉及一種用于提供周期性雙向激勵(lì)電流波形的激勵(lì)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]磁傳感器用于許多應(yīng)用中，例如非接觸式電流感測、磁力計(jì)應(yīng)用及無接觸位置感測應(yīng)用。磁通門傳感器為通過驅(qū)動(dòng)激勵(lì)繞組或線圈及感測來自感測繞組或線圈的與外部場成比例的輸出電壓而操作的高靈敏度磁場傳感器。所述磁通門傳感器的激勵(lì)提供正交流電流及負(fù)交流電流，且許多常規(guī)激勵(lì)方案在單基頻下提供正弦激勵(lì)波形，其提供可預(yù)測的諧波含量。然而，正弦激勵(lì)關(guān)于電力消耗為低效的，且正弦激勵(lì)電路為昂貴的且難以在集成傳感器中實(shí)施。常規(guī)窄脈沖模式電壓激勵(lì)電路相對來說更加有效，這是因?yàn)槭┘蛹?lì)脈沖持續(xù)較短時(shí)間量以使傳感器飽和，且其實(shí)施起來相對簡單。然而，由電壓脈沖提供的激勵(lì)電流量取決于經(jīng)激勵(lì)的傳感器線圈的供應(yīng)電壓及阻抗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在所描述的實(shí)例中，激勵(lì)電路驅(qū)動(dòng)磁傳感器的激勵(lì)線圈。第一晶體管耦合于第一電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)與激勵(lì)線圈的第一端之間。第二晶體管耦合于第一電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)與激勵(lì)線圈的第二端之間。脈沖電流源具有連接到第一電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)的第一端子及交替地提供第一電流電平及第二更高電流電平的第二端子。電流鏡電路包含:輸入晶體管，其連接于脈沖電流源的所述第二端子與第二電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間；第三晶體管，其連接于激勵(lì)線圈的第一端與第二電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間；以及第四晶體管，其連接于激勵(lì)線圈的第二端與所述第二電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間?？刂齐娐凡僮饕越惶娴厥顾龅谌暗谒木w管中的一者與所述輸入晶體管耦合以鏡射來自脈沖電流源的第二電流電平以將周期性雙向激勵(lì)電流波長提供到所述激勵(lì)線圈。
【附圖說明】
[0004]圖1為根據(jù)實(shí)例實(shí)施例的實(shí)例磁通門磁傳感器及相關(guān)聯(lián)激勵(lì)電路的局部示意俯視圖，所述實(shí)例磁通門磁傳感器形成在集成電路的襯底上或襯底中且所述相關(guān)聯(lián)激勵(lì)電路具有脈沖電流源及切換電流鏡電路。
[0005]圖2為用于圖1的激勵(lì)電路的操作的波形圖的圖形。
[0006]圖3為圖1的激勵(lì)電路的示意圖，其中切換電流鏡電路經(jīng)操作以使用一個(gè)所選擇的下橋接電路晶體管鏡射來自脈沖電流源的電流以在第一方向上傳導(dǎo)電流通過激勵(lì)線圈。
[0007]圖4為激勵(lì)電路的示意圖，其中所述切換電流鏡電路經(jīng)操作以使用另一下橋接電路晶體管鏡射來自脈沖電流源的電流以在第二相反方向上傳導(dǎo)電流通過激勵(lì)線圈。
[0008]圖5為具有脈沖電流源及切換電流鏡電路的另一實(shí)例激勵(lì)電路的局部示意俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]本發(fā)明因此提供磁傳感器及激勵(lì)電路，其中使用脈沖電流驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈或繞組，從而有助于實(shí)現(xiàn)低電力消耗且擺脫電力供應(yīng)電壓及傳感器阻抗變化的影響，通過其可減輕或克服常規(guī)激勵(lì)電路的缺點(diǎn)。
[0010]本發(fā)明提供具有切換電流鏡電路的脈沖電流源激勵(lì)電路以將雙向周期性激勵(lì)電流波形提供到磁傳感器激勵(lì)線圈。雖然結(jié)合實(shí)例磁通門傳感器配置展示實(shí)例激勵(lì)電路，但可運(yùn)用本發(fā)明的各種概念以將激勵(lì)波形提供到其它形式的磁傳感器。
[0011]圖1展示形成在半導(dǎo)體襯底4上及/或半導(dǎo)體襯底4中的實(shí)例磁通門磁力計(jì)設(shè)備2，其包含磁通門磁傳感器6、激勵(lì)電路20及感測電路14。磁通門傳感器6包含易受磁力影響的芯體結(jié)構(gòu)8 (例如其可形成在襯底4上或襯底4中)，其中激勵(lì)繞組或線圈10包含纏繞在芯體8的部分的周圍的激勵(lì)線圈段10a、10b、10c及10d及居中定位的感測繞組12。在此實(shí)例中，使用襯底組合件4的不同層上的導(dǎo)電部分圍繞芯體結(jié)構(gòu)8的對應(yīng)部分而形成繞組10及12，其中在此視圖中，實(shí)線展示對應(yīng)芯體結(jié)構(gòu)8上方的繞組部分且虛線展示對應(yīng)芯體結(jié)構(gòu)8的下方的繞組部分。在不同的實(shí)施例中，可使用任意數(shù)目個(gè)激勵(lì)繞組10及感測繞組
12。在此實(shí)例中，易受磁力影響的芯體結(jié)構(gòu)8包含將對稱的芯體部分8a與8b雙側(cè)分隔的兩個(gè)縱向相對的間隙8g。其中不使用間隙8g、或可提供單一間隙、或兩個(gè)以上此類間隙8g可包含于芯體結(jié)構(gòu)8中的其它設(shè)計(jì)是可能的。此外，在所有實(shí)施例中，芯體部分8a及8b可(但并非要求)是對稱的。而且，在不同的實(shí)施例中線圈繞組可具有許多不同的變種，其通常不應(yīng)影響本發(fā)明的激勵(lì)電路方面，且可在不影響激勵(lì)電路的情況下將額外線圈包含在磁通門傳感器上。
[0012]激勵(lì)電路20經(jīng)由到激勵(lì)線圈10的相應(yīng)第一端及第二端的連接件18a及18b將AC激勵(lì)信號(hào)18提供到激勵(lì)繞組10。感測電路14經(jīng)由到感測線圈12的端的連接件16a及16b接收傳感器線圈信號(hào)16，且至少部分基于從感測繞組12接收的傳感器信號(hào)16提供至少一個(gè)輸出信號(hào)或值30 (例如在一個(gè)實(shí)例中為電壓信號(hào))。在一種形式的操作中，激勵(lì)電路20將交變激勵(lì)電流波形“ie”提供到激勵(lì)繞組10以交替地通過相反極性或方向上的磁性飽和及去磁驅(qū)動(dòng)芯體結(jié)構(gòu)8，從而在感測線圈12中感應(yīng)出電感測電流流動(dòng)“is”。磁通門傳感器6經(jīng)配置以用于感測大體上在圖1中的垂直方向上的外部磁場，其中感測電路14包含適當(dāng)解調(diào)電路以提供代表接近傳感器6的外部磁場的量值的輸出信號(hào)或值30。特定來說，當(dāng)芯體結(jié)構(gòu)8暴露到外部磁場(例如在圖1中展示的定向上垂直向上)時(shí)，芯體結(jié)構(gòu)8在與所述場對準(zhǔn)時(shí)更容易飽和且在與所述外部場相反時(shí)較不易飽和。因此，所感應(yīng)出的感測線圈電流“is”將與激勵(lì)電流異相，且差異將與外部磁場的強(qiáng)度相關(guān)。在一個(gè)可能實(shí)施方案中，感測(接口)電路14包含提供與沿著磁通門磁傳感器6的對應(yīng)感測方向的經(jīng)感測的磁場成比例的模擬輸出電壓信號(hào)30的積分器電路。此外，在某些實(shí)施例中通過來自激勵(lì)電路20的控制電路26的一或多個(gè)控制信號(hào)28使感測電路14與激勵(lì)電路20的操作同步。
[0013]如圖1中展示，激勵(lì)電路20包含脈沖電流源22，脈沖電流源22具有連接到第一電力供應(yīng)電壓節(jié)點(diǎn)VSS的上端子或第一端子，其中由來自控制電路26的電流控制信號(hào)CC操作電流源22以交替地以圖1中的向下方向提供來自第二端子或下端子的第一低電流電平(其可為零)及第二更高電流電平。其它實(shí)施例是可能的，其中脈沖電流源22以交替方式提供具有可(但并非要求)為50%的對應(yīng)工作周期的兩種不同電流電平。脈沖電流源22可為任何適當(dāng)?shù)碾娐罚ㄟ^所述電路(例如)使用適當(dāng)?shù)碾p極及/或MOS晶體管提供可靠的可重復(fù)電流波形。而且，脈沖電流源22的某些實(shí)施例可在很大程度上不受第一供應(yīng)節(jié)點(diǎn)VSS處提供的供應(yīng)電壓的波動(dòng)而操作。
[0014]而且，激勵(lì)電路20包含橋接電路，所述橋接電路由包含上第一晶體管Q1及第二晶體管Q2的晶體管Q1到Q4形成，在此實(shí)例中上第一晶體管Q1及第二晶體管Q2為由來自控制電路26的對應(yīng)柵極控制信號(hào)GC1及GC2操作的PM0S裝置。在此實(shí)施例中，由控制電路26在低電壓電平(例如在第二電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)處或近第二電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)在圖1的實(shí)例中其為電路接地節(jié)點(diǎn)GND)下提供控制信號(hào)GC1及GC2以接通對應(yīng)晶體管Q1及Q2，且以更高電平(例如在供應(yīng)電壓電平VSS下或近供應(yīng)電壓電平VSS)提供控制信號(hào)GC1及GC2以關(guān)斷晶體管Q1及Q2。
[0015]橋接電路進(jìn)一步提供第一及第二分支(例如圖1中的左垂直分支電路及右垂直分支電路)，其中個(gè)別分支包含耦合于電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)VSS與電路接地GND之間的串聯(lián)連接的上晶體管及下晶體管。如圖1的實(shí)例中展示，激勵(lì)電路20的第一分支包含連接于VSS與GND之間且在經(jīng)由連接件18a連接到傳感器激勵(lì)線圈10的第一端的節(jié)點(diǎn)處接合到彼此的第一晶體管Q1及下NM0S晶體管Q3。類似地，第二分支電路包含與對應(yīng)下NM0S晶體管Q4串聯(lián)連接的PM0S晶體管Q2，其中Q2及Q4的漏極連接到彼此且經(jīng)由連接件18b連接到激勵(lì)線圈10的第二端。圖1的實(shí)例實(shí)施例提供具有可切換的NM0S電流鏡的電路，所述可切換的NM0S電流鏡包含Q3到Q5及PM0S上橋晶體管Q1及Q2，其中第一電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)VSS相對于第二電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)GND在正電壓下。其它實(shí)施例為是能的，例如在下文圖5中的實(shí)例設(shè)備2a，其中第一電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)為電路接地(GND)，且第二電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)為正電壓節(jié)點(diǎn)(VSS)，其中電流鏡24的輸入晶體管(Q5)及第三晶體管Q3及第四晶體管Q4為PM0S裝置，且其中第一晶體管Q1及第二晶體管Q2為NM0S裝置。
[0016]圖1中的激勵(lì)電路實(shí)例20進(jìn)一步提供包含輸入晶體管Q5的切換電流鏡電路24，在此實(shí)例中，輸入晶體管Q5為NM0S裝置，其中漏極連接到脈沖電流源22的第二或下端子，且源極連接到電路接地GND。Q