霍尔效应传感器

霍尔效应传感器

由Shaun Milano，All雷竞技竞猜下载egro Microsystems

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摘要

雷竞技竞猜下载Allegro MicroSystems在开发、制造和销售高性能霍尔效应传感器集成电路方面处于世界领先地位。本说明提供了霍尔效应的基本理解，以及Allegro如何在封装半导体单片集成电路中设计和实现霍尔技术。

霍尔效应原则

霍尔效果以埃德文厅命名，在1879年，当磁场在垂直于板的平面的方向上穿过板时，当磁场穿过板时，展开电压电位在电流携带的导电板上产生。图1。

霍尔效应背后的基本物理原理是洛伦兹力，其在图1的上部面板中示出。当电子沿着方向移动时，垂直于所施加的磁场，它经历了力，F，洛伦兹力，即施加的场和电流正常。

响应于该力，电子沿着导体的弯曲路径和净电荷移动，因此电压在板上发展。这个霍尔电压，v_H，遵守下面的公式，显示v_H与施加的场强度成比例，并且v的极性_H由外加磁场的北或南方向决定。根据这一特性，霍尔效应被用作磁传感器。

哪里：

• V._H是导电板上的霍尔电压，
• 我是通过板的电流，
• Q是电荷载体的电荷的大小，
• ρn是每单位体积的载流子数，以及
• T是板的厚度。

Allegro半导体集成电路集成了霍尔元件，因为霍尔效应同时适用于导电板和半导体板。通过在一个完全集成的单片集成电路中使用霍尔效应，可以测量磁场强度，并为许多不同的应用创造大量的霍尔效应集成电路。雷竞技最新网址

Allegro霍尔开关由由南极产生的正磁场激活。正场将打开输出晶体管并将输出连接到GND，充当有源低器件。

激活设备和打开输出晶体管所需的磁场称为磁工作点，缩写为B_op.. 当磁场被消除时，输出晶体管被关断。一旦设备被激活，关闭它所需的磁场被称为磁释放点，或B_rp.。b之间的差异_op.和B._rp.被称为滞后，用于防止开关因噪声而反弹。

Allegro还制造磁闩和线性装置。磁闩锁打开南极（B_op.)用北极（B_rp.）。要求北极停用闩锁将闩锁与简单的开关分开。因为当删除字段时，它们不会关闭，因为它们在当前状态下“锁存”输出，直到应用相对的场。闩锁用于检测用于电动机换向或速度感测的旋转磁体。

线性器件具有模拟输出，用于线性位置感测线性编码器，例如汽车节气门踏板位置传感器。它们具有标称值的比例输出电压_CC./没有应用字段时为2。在存在南极的情况下，输出将向V的方向移动_CC.在存在北极的情况下，输出将朝着GND的方向移动。Allegro拥有广泛的霍尔开关，闩锁和适用于各种应用的线性装置。雷竞技最新网址请参考Allegro产品选择指南：磁性线性和角度位置传感器集成电路那磁性数字位置传感器IC那霍尔效应的电流传感器IC，和磁速度传感器IC。

利用霍尔效应

Allegro Hall效果集成电路（IC）通过将霍尔元素与其他电路（例如OP-AMPS和比较器）结合使用霍尔元件来实现霍尔效果，以制造磁激活开关和模拟输出设备。可以使用简单的霍尔开关，例如图2中所示的开放NMOS器件，以确定是否存在磁体，并响应数字输出。

集成电路是一种具有大量高密度电路元件的电子结构，被视为一个单元。电路元件包括有源元件，例如晶体管和二极管，以及无源元件，例如电阻器、电容器和电感器。这些元件通过金属（通常是铝）相互连接，构成了设备中更复杂的运算放大器和比较器。图2中的霍尔开关用于一个简单的说明，但是这些组件在所有Allegro设备上都使用，即使是最复杂的IC。图2中的霍尔元件显示为带有“X”的方形盒。它的输出被放大，输入比较器，然后输出到一个开放的NMOS数字输出。Allegro还制造了霍尔IC，其中两个霍尔元件用于感应不同的磁场，甚至三个霍尔元件用于运动铁磁目标的方向检测。不管传感器的拓扑结构多么复杂，这些元件都是在半导体材料的薄衬底上制造的。

霍尔集成电路结构

Allegro器件是在硅衬底上制造的，通过在硅中直接掺杂不同的材料来产生n型（电子）或p型（电子-空穴）载流子区。这些n型和p型材料区域形成几何形状，构成集成电路的有源和无源元件，包括霍尔元件，并通过在几何形状上沉积金属连接在一起。通过这种方式，有源和无源元件电气连接在一起。由于所需的几何形状非常小，在微米范围内，有时甚至更小，因此电路密度非常高，允许在非常小的硅面积上实现复杂电路。

所有主动和被动元件在基板内生长的事实，或者沉积在硅上，使它们远离硅，并且真实地将它们识别为单片集成电路。图3显示了Hall元素如何集成到Allegro IC中。它只是掺杂硅的区域，产生一个将导电电流的n型板。

如前所述，当电流从板的一个角施到到相对的角时，在存在垂直磁场时，霍尔电压将在板的另一个两个角上发生。当没有应用场面时，霍尔电压将是零。在类似的时尚中，更复杂的几何形状构成有源组件，例如NPN或NMOS晶体管结构。图4示出了NPN和PMOS晶体管的横截面。

为了提高生产效率，这些电路在基板中生长，而基板仍然是大晶圆的形式。电路以行和列的模式重复，这些行和列可以锯成单独的芯片或“芯片”，如图5所示。

可以在图6中看到单个Allegro霍尔效应传感器IC器件。这是具有功能框图的简单开关，如图2所示。所有电路包括在IC上，包括可以看到的霍尔元素芯片中间的红色正方形以及放大器电路和保护二极管以及实现设备功能所需的许多电阻器和电容器。

霍尔器件封装

在将硅晶片行和柱子锯成单独的模具后，然后将管芯打包以供个体销售。完整的包装是许多可能的样式之一，如图7所示。在壳体内看到模具，安装在铜模具垫上。通过从模具表面上的金属焊盘上的金线键合到电隔离封装引线上，使其接触。然后将包装封装或包覆成型，用塑料保护芯片免受损坏。

图7中的包装是图2的简单开关，具有VCC，GND，以及在微型3针单线封装（SIP）中的输出引线。其他封装可以在图8中可以看出，包括晶片级芯片刻度封装（CSP），SOT23W，MLP，3针UA封装SIP和4针K-Packet SIP。

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