霍尔效应传感器

霍尔效应传感器

肖恩·米兰诺，Allegro Mi雷竞技竞猜下载croSystems公司

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抽象

雷竞技竞猜下载Allegro Microsystems是一种开发，制造和营销高性能霍尔效应传感器集成电路的世界领导者。本说明提供了对霍尔效应的基本理解以及Allegro设计和实现霍尔技术在封装的半导体整体集成电路中。

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。

在这个力的作用下，电子沿着导体弯曲移动，净电荷和电压在平板上产生。这个霍尔电压，V_H，遵守下面的公式，显示v_H与电场强度成正比，那么V的极性_H由所施加的磁场的方向，北或南方决定。通过该特性，霍尔效应用作磁传感器。

地点:

• 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，
• 为单位体积中载流子的数量，和
• T是板的厚度。

Allegro半导体集成电路集成了霍尔元件，因为霍尔效应适用于导电板和半导体板。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。

激活器件和打开输出晶体管所需的磁场称为磁工作点，缩写为B_人事处。当磁场被移除时，输出晶体管被关闭。一旦被激活，关闭器件所需要的磁场被称为磁释放点，或B_rp.。B之间的差异_人事处和B._rp.称为磁滞，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_人事处)和北极开关(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./ 2当没有应用场面时。在南极的存在下，输出将在V的方向上移动_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：磁线性和角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。

集成电路是具有大量高密度的电路元件的电子结构，被认为是单个单元。电路元件包括诸如晶体管和二极管的有源部件，以及无源部件，例如电阻器，电容器和电感器。这些组分由金属，通常是铝相互连接，以构成更复杂的OP-AMP和器件的比较器。图2中的霍尔开关用于简单的例证，但是这些组件在所有Allegro设备上采用即使是最复杂的IC。图2中的霍尔元素显示为具有“X”的方框。将其输出放大，进入比较器，然后进入打开的NMOS数字输出。Allegro还为Hall IC进行了两个霍尔元素，用于传感差分磁场，甚至三个霍尔元素用于移动铁磁靶的方向检测。然而，复杂传感器拓扑结构，组件全部制造在半导体材料的薄基板的表面上。

HALL IC结构

Allegro器件在硅基板上制造，通过用不同的材料掺杂进入硅基硅，以产生n型（电子）或p型（电子孔）载体区域。这些n型和p型材料区域形成为构成集成电路的主动和无源部件的几何形状，包括霍尔元件，并且通过在几何形状上沉积金属来连接在一起。以这种方式，主动和被动部件电连接在一起。由于所需的几何形状非常小，在微米范围内，有时甚至更小，电路密度非常高，允许在硅的非常小的区域上复杂电路。

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。

为了生产效率，这些电路在基板中生长，而其仍然是大晶片的形式。以行和列的图案重复该电路，其可以被锯入单独的管芯或“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。

霍尔设备包装

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中的封装是图2中的简单开关，具有VCC、GND和一个小型3脚单同轴封装(SIP)中的输出引线。其他封装可以在图8中看到，包括一个晶圆级芯片规模封装(CSP)、一个SOT23W、一个MLP、一个3针UA-package SIP和一个4针K-package SIP。

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