霍尔传感器可以无接触地感应磁场,位置或电流,这尤其适用于电动汽车,自动驾驶,智能电表,功率逆变器等应用。因此霍尔传感器作为磁力计、位置传感器和电流传感器被广泛应用于汽车、工业和消费类产品中。然而温度和失调电压的影响会降低霍尔传感器的精度,从而限制其使用范围,低精度的霍尔传感器完全无法满足使用者的需求,因此提高测量精度已经成为了霍尔传感器的研究热点。本文通过对霍尔元件原理、失调电压消除和温度补偿的理论研究,采用0.18μm1P6M BCD工艺设计了一款高精度的霍尔传感器芯片,主要研究内容和成果如下:1.结合差分阵列霍尔元件、动态失调消除技术、开关电容陷波滤波器以及低失调运算放大器来消除失调电压。差分阵列霍尔元件有效地抑制了共模磁场;动态失调消除技术基于调制-解调原理,实现了磁场信号和失调电压在频域上的分离;开关电容陷波滤波器有效地滤除了高频失调电压;低失调低噪声的可编程增益放大器和输出级放大器减小了信号通路中失调电压的引入。2.结合电流补偿技术和分段线性插值温度补偿技术来补偿灵敏度温漂和静态输出电压温漂。电流补偿技术通过供电电流的温漂来补偿一阶灵敏度温漂;分段线性插值温度补偿技术通过检测实时温度值来修调灵敏度和静态输出电压,从而减小温度漂移。测试结果表明,灵敏度温漂为±1.2%,静态输出电压温漂为±7m V,补偿效果明显。3.设计了可编程增益放大器和可编程电流源(VQ调节电路)。用户可通过VP和VOUT两个引脚对EEPROM编程,控制可编程增益放大器的增益和可编程电流源的电流,从而调节霍尔传感器的灵敏度和静态输出电压。测试结果表明,灵敏度调节范围为0.5～15 m V/G,静态输出电压调节范围为-0.26V～0.3V。4.设计了带隙基准电路和稳压电路。带隙基准电路具有低失调高电源抑制比的特点,产生1.209V的基准电压,其温漂为8.70ppm/℃;稳压模块产生±2.5V的恒定电压,为其它电路模块供电。本文设计的高精度霍尔传感器采用正负电源供电,实现了高达±18V的电源电压范围和±12V的输出电压摆幅,工作温度范围为-40℃～150℃。借助Cadence软件平台进行了电路设计、仿真验证和版图设计,芯片面积为2.5mm×2mm。最后对流片回来的芯片样品进行了测试验证,实测结果表明霍尔传感器的功能正常,且各项参数指标符合设计要求。