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,引入了一种四相旋转电流技术。在分析了仪表放大器理论基础上,对传统电容耦合仪表放大器(CCIA)进行改进,并采用双通道信号传输结构来提高整体系统带宽。低频路径和高频路径采用相同的运放和霍尔元件,然而只在低频路径采用旋转电流技术和斩波技术。为了解决残余失调与残余纹波幅度的折衷,加大了CCIA输入级跨导的同时引入三级纹波消除环路(RRL)。相较于传统结构本文设计的电路能够获得低残余失调的同时还能大幅度提高系统带宽。本文使用SMIC0.18μm CMOS工艺,工作电压为3.3V。通过Cadence软件进行电路设计仿真验证及版图绘制。整体芯片面积为1.36mm×1.24mm,输入参考噪声功率谱密度(PSD)为21nV/√Hz,整体电路-3dB带宽高达500kHz,输入参考失调电压最大为3μV,纹波抑制比达到62.6dB,静态电流约为6mA(包括前端霍尔元件和偏置电路),整体电路残余失调小于0.2mT。基本符合高精度霍尔电流传感器读出电路要求。本电路通过设计和仿真验证,并且完成流片。