霍爾效應(yīng)和線性傳感器

　　線性霍爾效應(yīng)指的是當(dāng)磁場作用在導(dǎo)電材料中流動的電流時，導(dǎo)體上產(chǎn)生的可測量電壓。該電壓與流過的電流和垂直于導(dǎo)體的磁通量成比例，如圖1所示?；魻栃?yīng)傳感器IC集成了高增益放大和其他信號調(diào)理電路(如偏移消除)，可在與其他邏輯或模擬電路兼容的電壓下生成代表檢測到的磁通量的輸出。

圖1：使用霍爾效應(yīng)傳感器IC感應(yīng)磁通量。

　　提供各種霍爾效應(yīng)器件：帶傳感器的傳感器通過在蓋子中嵌入小磁鐵，數(shù)字輸出可以用作筆記本電腦的開/關(guān)檢測等應(yīng)用中的接近開關(guān)。另一方面，線性霍爾效應(yīng)開關(guān)能夠產(chǎn)生與磁體距傳感器的距離成比例的模擬輸出。這種類型的傳感器可用于滑動機構(gòu)，以檢測移動經(jīng)過傳感器的磁鐵的位置。例如，當(dāng)條形磁鐵移過傳感器時，輸出電壓隨磁通密度從磁鐵遠離時的零變化到磁鐵北極附近的最大負磁通量而變化，當(dāng)磁鐵位于中心時磁通密度變?yōu)榱阄挥趥鞲衅魃戏剑捎诳拷蠘O而達到最大值。隨著磁鐵繼續(xù)移動，傳感器輸出向零移動。

　　當(dāng)磁鐵朝向或遠離傳感器的表面移動時，線性霍爾裝置的另一主要操作模式是正面感應(yīng)。在這種情況下，當(dāng)磁體最靠近傳感器時，磁通量和輸出電壓從零變?yōu)樽畲笾怠D2顯示了線性霍爾效應(yīng)開關(guān)IC的輸出電壓如何隨著磁場強度的變化而變化，因為磁體更靠近IC表面。

　　微功耗敏感的應(yīng)用

　　盡管霍爾效應(yīng)最初是在19 th 世紀，商業(yè)霍爾效應(yīng)傳感器IC最近已經(jīng)實現(xiàn)，其中集成了低噪聲放大器和能夠產(chǎn)生可用輸出電壓的信號處理電路。隨后，霍爾效應(yīng)傳感器(包括線性設(shè)備)已廣泛用于工業(yè)接近和位置傳感任務(wù)，如液位傳感和閥門位置控制。

　　在消費類便攜式設(shè)備中，線性霍爾效應(yīng)開關(guān)提供有機會引入使用傳統(tǒng)機械開關(guān)難以實現(xiàn)的額外功能，因為傳感器不僅可以檢測按鈕已被按下，而且還可以準確地確定按鈕的位置。這允許在相機電話或數(shù)碼單反相機等設(shè)備中使用多功能按鈕，這些按鈕具有半按功能可自動對焦，全按此按鈕可用于快門釋放。同樣，使用線性霍爾效應(yīng)傳感器可以讓游戲控制器的按鈕控制額外的功能或感知更復(fù)雜的玩家手勢。

　　另一方面，這些新興應(yīng)用對線性提出了更嚴格的要求。霍爾效應(yīng)傳感器。特別是，超低功耗已成為確保先進功能而不會影響電池壽命的絕對必要條件。例如，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常需要通過小型電池或能量收集系統(tǒng)自主運行5年，10年甚至20年。由傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)傳感器吸取的少量毫安可能足以防止設(shè)計人員實現(xiàn)所需的免維護使用壽命。就消費電子產(chǎn)品而言，任何明顯的電池壽命縮短都可能會損害市場吸引力。

　　真正的微功率傳感器

　　在線性霍爾效應(yīng)傳感器可用于檢測按鈕位置的許多情況下，傳感器IC只需在位置短時間內(nèi)完全運行信息是必需的。向IC引入電源管理有助于在不需要感應(yīng)時避免不必要的能耗。

　　某些傳感器(如二極管AH8500和AH8501)具有啟用引腳，允許主機控制操作模式。默認情況下，內(nèi)部下拉使傳感器保持在睡眠模式，典型電流僅為8.9μA。將使能引腳驅(qū)動為高電平會使器件進入工作模式，默認采樣頻率為6.25 kHz，典型電流消耗為1.16 mA。或者，PWM信號可用于設(shè)置高達7.14 kHz的自定義采樣率。

　　通過提供使能引腳，這些器件適用于各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如智能建筑安全或入口控制系統(tǒng)，其中有信號可用于激活傳感器。另一方面，諸如照相機，移動設(shè)備和游戲終端之類的消費者設(shè)備可能無法預(yù)測用戶何時可能按下按鈕，因此將無法將Enable引腳驅(qū)動為高電平。然而，用戶期望瞬時響應(yīng)。對于這種類型的應(yīng)用，AH8502和AH8503默認工作在微功率模式下，默認采樣率為24 Hz，典型值僅為13μA。當(dāng)檢測到活動時，傳感器可以在turbo模式下操作，并在需要時提高采樣率。提供一個控制引腳，允許系統(tǒng)將采樣速率調(diào)整到7.14 kHz的最大值，電流為1.16 mA。

　　增強電源管理，例如關(guān)閉模擬電路和ADC時閑置，并在循環(huán)之間應(yīng)用正在申請專利的節(jié)能技術(shù)，與其他低功耗線性霍爾效應(yīng)傳感器相比，這些器件可以在正常，睡眠和微功率模式下消耗更低的電流。

　　結(jié)論

　　自從第一批商用IC進入市場以來，霍爾效應(yīng)傳感器迅速普及，特別是在需要高可靠性，非接觸位置或接近檢測的工業(yè)應(yīng)用中。

　　物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，以及消費電子市場對改善用戶體驗的持續(xù)需求，是兩大趨勢，現(xiàn)在為霍爾效應(yīng)傳感器提供了巨大的額外機會，特別是能夠支持多種復(fù)雜功能的線性霍爾效應(yīng)開關(guān)功能按鈕。即使在某些微功率傳感器中，相對較高的功耗限制了這些器件的使用，但最新一代真正的微功率線性霍爾效應(yīng)開關(guān)現(xiàn)在能夠以可接受的低功耗實現(xiàn)復(fù)雜的位置傳感。高精度，增強的集成ESD保護和操作靈活性進一步提升了這些先進設(shè)備的可用性。