全极开关霍尔效应IC基础知识

介绍

提供数字输出的霍尔效应IC器件有四大类:单极开关、双极开关、全极开关和锁存器。全能开关在本应用笔记中进行了描述。类似的应用说明双极交换机，单极开关,门闩提供在Allegro™网站上。

全极霍尔效应传感器集成电路，通常被称为“全极开关”，是一种数字输出霍尔效应锁存开关，在强正或强负磁场下工作。这简化了应用程序组装，因为操作磁铁可以安装在任何极向全极设备。一个具有足够强度(磁通密度)的磁场的单一磁铁将使设备切换到通电状态。在开启后，全极集成电路将保持开启状态，直到磁场被移除，集成电路恢复到关闭状态。它锁存改变的状态并保持关闭状态，直到一个足够强的磁场再次出现。

图1显示了用于检测车辆换挡杆位置的应用程序。变速杆上有一块磁铁(紫色的气缸)。微型黑匣子系列是一组全极开关器件。当车辆操作员移动杠杆时，磁铁被移动到霍尔装置的旁边。靠近磁铁的设备会受到磁场的影响而开启，但较远的设备不会受到影响而保持关闭状态。磁体的南极或北极都可以朝向霍尔器件，霍尔器件包的品牌面朝向磁体。

图1所示。一种使用全极性开关传感器ic的应用。在换挡过程中，当磁铁(紫色圆筒)移动时，超小霍尔ic开关。

磁性开关点条件

下面是用于定义转换点的术语道岔，霍尔开关操作:

图2，霍尔效应

图2。霍尔效应是指当施加的电流受到垂直磁场的影响时所产生的可测量的电压。

B-磁通量密度符号，用来确定霍尔器件开关点的磁场特性。用高斯(G)或特斯拉(T)测量。转换为1g = 0.1 mT。

B可以有南北极性，因此记住代数约定是很有用的，根据这个约定，B表示为负值，表示为正值，表示为正值，表示为北极磁场。这种约定允许对南北极性值进行算术比较，其中磁场的相对强度由B的绝对值表示，符号表示磁场的极性。例如，−100g(北)场和100g(南)场具有相同的强度，但极性相反。同理，−100g场强大于−50g场强。
B_人事处-磁操作点;霍尔器件开启时的强化磁场水平。设备输出的结果状态取决于单个设备的电子设计。
B_RP-磁释放点;当霍尔器件关闭时，减弱的磁场水平(或对某些类型的霍尔器件来说，当B为正时，增强的负磁场水平)_人事处)．设备输出的结果状态取决于单个设备的电子设计。
B_沪元—磁开关点滞后。霍尔器件的传递函数设计为开关点之间的偏移量，以滤除应用中由机械振动或电磁噪声引起的磁场小波动。B_沪元= | B_人事处−B_RP|.

典型的操作

全极传感器ic的开关点范围在中性场电平(B = 0g)周围对称，如图3所示。开关点具有相同的场强，但极性相反。例如，假定正(南)极性开关点为工作点B_{OP (S)}60g，释放点B_{RP (S)}， 30g，那么负(北)极性开关点将是工作点，B_{OP (N)}−60g，释放点B_{RP (N)}−30g .保持最新状态，防止设备在弱字段时切换。

在任意极性的强磁场中开启全极开关，输出信号可以是逻辑高电平(最高到满电源电压V_CC或逻辑低(在输出晶体管饱和电压，V_(坐)，通常< 200mv)，这取决于设计的器件IC输出级。全极开关在中等磁场中关闭，输出信号与通电状态的极性相反。与其他类型的霍尔数字开关一样，当磁场强度在开关点迟滞范围B时，这些设备不切换_沪元．此外，在磁场相对较弱的情况下，锁存开关状态可以防止器件在释放点B之间进行开关_{RP (N)}和B_{RP (S)}．在再次发生切换之前，不需要将0g点交叉。一个给定的开关事件之后可以跟着一个极性相同或相反的开关事件。

图3。全极开关输出特性。顶部面板显示在强磁场存在时切换到逻辑高电平，底部面板显示在强磁场存在时切换到逻辑低电平。

虽然该装置可以在任何水平的磁通密度下开机，但为了解释图3，从最左边开始，那里的磁通(B，在横轴上)比北极工作点B更负_{OP (N)}．这里设备是开着的，输出电压(V_出，在垂直轴上)取决于设备设计:高(上面板)，或低(下面板)。

沿着箭头向右，磁场的负电荷减小。当磁场比B弱时_{RP (N)}，设备关闭。这导致输出电压改变到相反的状态(或高或低，取决于设备设计)。

而磁场仍然弱于B_{OP (N)}和B_{OP (S)}(接近B = 0g，图3的中心)，设备保持关闭，锁存输出状态保持不变。这是对的，即使B变得比B稍强_{RP (N)}或B_{RP (S)}，在开关滞后的内置区域内，B_沪元．

在下一个强磁场，如果它是正的，沿着箭头向右，磁场的正电荷就会增大。当电场比B强时_{OP (S)}，设备打开。这导致输出电压改变到相反的状态(或高或低，取决于设备设计)。如果下一个强磁场是负的，沿着箭头向左，磁场就会变得更负。当电场比B强时_{OP (N)}，设备打开。这导致输出电压变回原来的状态。

上拉电阻

上拉电阻必须连接在正电源和输出引脚之间(见图4)。上拉电阻的普通值是1到10 kΩ。最小上拉电阻是传感器IC最大输出电流(汇聚电流)和实际电源电压的函数。20ma是典型的最大输出电流，在这种情况下，最小上拉电流为V_CC/ 0.020 A.如果电流消耗是一个问题的情况下，上升电阻可能大约50至100kΩ。小心：具有大的上拉值，可以邀请外部泄漏电流接地，即使当器件磁性关闭时，也足以降低输出电压。这不是设备问题，而是相当是在上拉电阻器和传感器IC输出引脚之间的导体中发生的泄漏。采取至极端，这可以缩小传感器IC输出电压，足以抑制适当的外部逻辑功能。

图4。典型的程序图。

旁路电容的使用

旁路电容的布局请参见图4。一般来说:

对于没有斩波器稳定的设计-建议在输出和接地引脚之间以及电源和接地引脚之间放置0.01µF电容。
对于斩波器稳定设计-必须在电源和接地引脚之间放置0.1µF电容，建议在输出和接地引脚之间放置0.01µF电容。

接通电源的状态

只有当磁场强度超过B时，全极装置才能在有效状态下通电_人事处或B_RP当使用电力时。如果磁场强度在磁滞带内，即在B之间_人事处和B_RP时，该装置可以先假定开或关状态，然后在第一次超出开关点时达到正确的状态。设备可以设计上电逻辑，使设备在到达开关点之前处于关闭状态。

接通电源的时候

开机时间在一定程度上取决于设备设计。数字输出传感器集成电路，如锁存器件，在以下时间内在初始上电时达到稳定。

设备类型	接通电源的时候
Non-chopped设计	< 4µ年代
Chopper-stabilized	< 25µ年代

基本上，这意味着在提供电源后的这段时间之前，设备输出可能不会处于正确的状态，但在这段时间过后，设备输出保证处于正确的状态。

功耗

总功耗是两个因素之和:

传感器IC所消耗的功率，不包括输出损耗的功率。这个值是V_CC乘以电源电流。V_CC是设备供电电压，供电电流在数据表中指定。例如，给定V_CC= 12v和电源电流= 9ma。功耗= 12 × 0.009或108 mW。
输出晶体管所消耗的功率。这个值是V_(上)(坐)乘以输出电流(由上拉电阻设定)。如果V_(上)(坐)为0.4 V(最坏情况)，输出电流为20 mA(通常最坏情况)，功耗为0.4 × 0.02 = 8mw。正如你所看到的，由于饱和电压非常低，输出中的功率耗散不是一个大问题。

本例的总功耗为108 + 8 = 116 mW。将这个数字放到有关包装的数据表中的降额表中，并检查是否必须降低最大允许操作温度。

常见问题

问:我如何确定磁铁的方向?

答:磁极朝向设备的品牌面。品牌面是你可以找到设备的识别标记的地方，例如部件编号或日期代码。

问:我可以用磁铁靠近设备的背面吗?

A:是的，但是请记住:如果磁铁的两极保持面向同一方向,然后通过设备通量场的方向没有改变从前面的方法(例如,如果南极是接近该设备在前面的方法中,北极将接近设备在尖的方法)。北极将产生一个相对于霍尔元件的正场，而南极将产生一个负场。

问:靠近设备背面是否需要权衡?

是的。当从包装正面接近时，一个“干净”的信号是可用的，因为霍尔元件位于更靠近正面(包装贴牌面)而不是背面。例如，对于“UA”封装，带有霍尔元件的芯片位于封装的品牌面内0.50 mm，因此距离背面面约1.02 mm。(从品牌面到Hall元素的距离被称为“活动区域深度”。)

问:一个非常大的场能伤害霍尔效应装置吗?

答:不是。一个非常大的磁场不会损坏阿莱格罗霍尔效应装置，也不会增加额外的迟滞(除了设计的迟滞)。

问:为什么我想要一个直升机稳定装置?

答:与非斩波设计相比，斩波稳定传感器集成电路具有更紧密控制开关点的更高灵敏度。这也可能允许更高的操作温度。大多数新的装置设计都采用了切碎的霍尔元件。

建议设备

标准的Allegro门闩在公司网站上的选择指南中列出，网址是霍尔效应锁存双极开关．

低功率锁存列于微功率开关/门闩．

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