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(chǎng)作用在導(dǎo)電材料中流動(dòng)的電流時(shí)，導(dǎo)體上產(chǎn)生的可測(cè)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?；魻栃?yīng)傳感器IC集成了高增益放大和其他信號(hào)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(cè)到的磁通量的輸出。

　　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(cè)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(dòng)機(jī)構(gòu)，以檢測(cè)移動(dòng)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(shí)，輸出電壓隨磁通密度從磁鐵遠(yuǎn)離時(shí)的零變化到磁鐵北極附近的最大負(fù)磁通量而變化，當(dāng)磁鐵位于中心時(shí)磁通密度變?yōu)榱阄挥趥鞲衅魃戏剑捎诳拷蠘O而達(dá)到最大值。隨著磁鐵繼續(xù)移動(dòng)，傳感器輸出向零移動(dòng)。
 

 

　　當(dāng)磁鐵朝向或遠(yuǎn)離傳感器的表面移動(dòng)時(shí)，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(shí)，磁通量和輸出電壓從零變?yōu)樽畲笾怠D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(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，因?yàn)榇朋w更靠近IC表面。

　　盡管霍爾效應(yīng)最初是在19 th 世紀(jì)，商業(yè)霍爾效應(yīng)傳感器IC最近已經(jīng)實(shí)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(hào)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(fèi)類便攜式設(shè)備中，線性霍爾效應(yīng)開關(guān)提供有機(jī)會(huì)引入使用傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)難以實(shí)現(xiàn)的額外功能，因?yàn)閭鞲衅鞑粌H可以檢測(cè)按鈕已被按下，而且還可以準(zhǔn)確地確定按鈕的位置。這允許在相機(jī)電話或數(shù)碼單反相機(jī)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(dòng)對(duì)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(shì)。

　　另一方面，這些新興應(yīng)用對(duì)線性提出了更嚴(yán)格的要求?；魻栃?yīng)傳感器。特別是，超低功耗已成為確保先進(jìn)功能而不會(huì)影響電池壽命的絕對(duì)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(yùn)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(jì)人員實(shí)現(xiàn)所需的免維護(hù)使用壽命。就消費(fèi)電子產(chǎn)品而言，任何明顯的電池壽命縮短都可能會(huì)損害市場(chǎng)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(cè)按鈕位置的許多情況下，傳感器IC只需在位置短時(shí)間內(nèi)完全運(yùn)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(shí)避免不必要的能耗。

　　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(hào)可用于激活傳感器。另一方面，諸如照相機(jī)，移動(dòng)設(shè)備和游戲終端之類的消費(fèi)者設(shè)備可能無法預(yù)測(cè)用戶何時(shí)可能按下按鈕，因此將無法將Enable引腳驅(qū)動(dòng)為高電平。然而，用戶期望瞬時(shí)響應(yīng)。

　　增強(qiáng)電源管理，例如關(guān)閉模擬電路和ADC時(shí)閑置，并在循環(huán)之間應(yīng)用正在申請(qǐng)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(jìn)入市場(chǎng)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(cè)的工業(yè)應(yīng)用中。

　　物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，以及消費(fèi)電子市場(chǎng)對(duì)改善用戶體驗(yàn)的持續(xù)需求，是兩大趨勢(shì)，現(xiàn)在為霍爾效應(yīng)傳感器提供了巨大的額外機(jī)會(huì)，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(duì)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜的位置傳感。高精度，增強(qiáng)的集成ESD保護(hù)和操作靈活性進(jìn)一步提升了這些先進(jìn)設(shè)備的可用性。