“传感城市”时代即将来临,霍尔传感器不仅在国防科技、交通运输和工业自动化等传统领域应用广泛,现代测量、汽车工业以及消费类电子等新兴产业日新月异的发展也为霍尔传感器开辟了新的市场,推动着霍尔传感器技术的革新与进步。本文以此为背景,针对新兴应用领域对霍尔传感器的需求,顺应高集成度、高精度和数字化的发展趋势,设计并实现了一款集成EEPROM单元的数字化可编程线性霍尔传感器,主要的研究内容与创新点如下:(1)设计了适用于霍尔传感器的EEPROM存储单元和配套的编程功能。根据传感器系统的存储需求,EEPROM总容量设为192bits,分为8个Page且每个Page设有24bits数据容量。用户可通过VCC和VOUT引脚对芯片编程,将参与调整对应参数的数字编码存入EEPROM单元,如调整基准电压、基准电流、时钟频率、灵敏度和静态输出电压等参数的数字编码。EEPROM单元的集成顺应了高集成度的发展趋势,提升了霍尔传感器在不同应用场景和需求下的性能。(2)基于对失调电压消除技术的研究,设计了四霍尔元件旋转电流技术并结合斩波稳定技术消除失调电压。共中心对称排列的四霍尔元件失调电压可以部分抵消,经调制和解调电路后,失调电压与磁场信号在频域分离并留在高频,磁场信号直流输出。通过低通滤波器滤除高频失调电压后,芯片输出精准的磁场信号。该技术的使用大幅减小了失调电压,降低了机械应力对霍尔传感器的影响,实现了更高的精度。(3)基于对传感器系统架构的研究,设计了与编程功能相结合的系统架构和数字信号参与调节的模拟信号通路。数字电路根据应用环境的需求,依据线性插值温度补偿方法从EEPROM单元选取所需数据,生成调整模拟信号通路的校准值,完成对传感器灵敏度和静态输出电压的补偿。该架构实现了全温度范围内稳定的灵敏度和静态输出电压,使得霍尔传感器的应用范围更广,适应能力更强。(4)设计了霍尔传感器主要模块并仿真验证。除模拟信号主通路上的模块外,还设计了带隙基准模块、时钟产生模块、高压产生模块、EEPROM模块和静态电压基准模块,经公式推导和仿真验证,各模块功能、性能良好,各项指标满足预期设计目标。本文基于海外某0.18μm BCD工艺,在Cadence平台上使用Schematic Edit、Specture等EDA工具完成电路的设计与仿真验证,之后完成版图设计并流片测试。测试结果表明可编程霍尔传感器各项功能正常,参数符合预期设计要求。