数字位置传感器IC连续时间斩波稳定的交叉参考指南

数字位置传感器IC连续时间斩波稳定的交叉参考指南

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B.y Joseph Hollins,
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介绍

一种llegro offers a wide range of digital position sensors consisting of Hall-effect switches, latches and other special purpose devices. Over time and with ongoing innovation, the basic architecture of these Hall-effect sensors has evolved from its original form (continuous-time) into today’s modern, chopper-stabilized devices.

This application guide will outline the differences between the two sensor types and provide system designers with the tools needed in order to select the appropriate sensor for their system. A cross-reference table is also provided, which summarizes the suggested replacement device to be used when upgrading from a continuous-time device to a chopper-stabilized device.

斩波稳定vs. Continuous-Time—What Is the Difference?

通常，斩波稳定装置提供卓越的温度稳定性和应力阻力（下开关点漂移）和流线型生产流量与连续时间装置。由于缺乏修剪和使用更现代的晶片制造工艺，它们也可能具有小模糊尺寸的优点。在时间域的性能下有一个小的权衡，但在大多数应用中，这可以忽略不计。雷竞技最新网址表1总结了每种类型的典型Allegro设备之间的差异。

所有Allegro的最新传感器产品都是斩波稳定的，建议为所有设计推荐斩波稳定装置。连续时间设备的稍速响应时间和渐进式下抖动在典型应用中是微不足道的。雷竞技最新网址连续时间设备仍保留在生产中，但仅适用于具有极快移动目标的特殊应用，或计划快速动力传感器以进行超低功耗（最大电池寿命），或最大限度地减少自加热。雷竞技最新网址下面量化时域行为的差异。

即使在这些特殊情况下，连续时间器件的时域性能也不可能超过斩波稳定器件在给定应用中的优势。

表1：斩波稳定与连续时间传感器

范围	斩波稳定	连续时间
磁性开关点的范围？	Yes	Yes
Typical packages	SOT23（LH），SIP-3（UA），SIP-3带有无线（UC）	SOT23（LH），SIP-3（UA）
Signal path	更复杂	不太复杂
霍尔板配置	单，双重或更多	单身
Hall-plate bias	切换（“切碎”）	持续的
快板制作中需要修边吗？	不	Yes
B.OP / RP.温度稳定性	最好	好的
抗应力	最好	好的
上电时间	快速地	最快的
最大工作频率	高的	最高
输出重复性/抖动	好的	好的
FC振荡器？	Yes	不
Typical C旁路*	0.1μF.	0.01μF
Recommended for all applications?	是/全部	仅限特殊情况

*有关具体建议和指南，请参阅设备数据表。

连续时间

采用连续时间操作的传感器仅在霍尔元件上仅使用电流的一个方向，并且这种偏置电流是恒定的。这允许应用的外部磁场和电输出之间的最快响应时间。很明显，对于需要最快的输出响应时间的应用程序可能是有益的。雷竞技最新网址

磁抵消与环境conditi变化ons and will affect the stability of the Hall switch thresholds (the Operate and Release thresholds, B_op.和B._rp.分别）。在连续时间设备中，没有内置电路来消除偏移。这反映在设备数据表中给出的规范中：指定的B_op.和B._rp.连续时间设备的范围比可比较的斩波稳定装置宽。

斩波稳定

使用霍尔效应技术时，开关点精度的限制因素是霍尔元件上产生的小信号电压。相对于霍尔元件输出端产生的偏移量，该信号电压非常小。这使得很难在指定的工作温度和电压范围内准确地处理磁信号。

Chopper stabilization is used to minimize offsets in the Hall element(s). The patented Allegro technique, Dynamic Quadrature Offset Cancellation (U.S. Patent No. 5621319, 1997, now expired), removes key sources of output offset and drift induced by thermal and mechanical stresses. This offset stabilization technique is based on a signal modulation/demodulation process. The undesired offset signal is separated from the magnetic-field-induced signal in the frequency domain through modulation. The subsequent demodulation of the magnetic signal acts as a modulation of the offset, causing the magnetic-field-induced signal to recover its original spectrum at baseband while the DC offset becomes a high-frequency signal. The magnetic signal can then pass through a low-pass filter, while the modulated DC offset is suppressed. This signal chain configuration is illustrated in Figure 3. While the signal chain may look more complex than that of the continuous-time device, the Trim Control block is missing, as it is not needed. This leads to savings in chip area and production calibration time. Figure 4 illustrates the alternating Hall element bias that leads to the cancellation of offsets.

在大多数情况下，快板的斩波稳定采用800千赫时钟。对于解调过程，使用采样保持技术，其中以两倍斩波器频率执行采样。这种高频操作允许更高的总体采样率。

动态正交偏移消除将芯片脱敏于热和机械应力的影响，并导致极其稳定的静态霍尔输出电压和温度循环后的精确恢复。Allegro在专有的BICMOS晶片制造工艺中实现了这种技术，支持使用低偏移，低噪声放大器以及高密度逻辑和采样和保持电路的使用。

The output’s response time (propagation delay) and time-domain repeatability (jitter) are affected slightly by chopper stabilization. However, the Allegro high-frequency chopping approach minimizes these effects and makes them imperceptible in most applications. Continuously switching the bias current in the Hall
元件在偏置电流中产生短暂的周期性中断。这些扰动可以在设备的电源引脚上观察到，从而产生更大的推荐旁路电容。

性能

性能数据（表2）仅用于示例目的，使用两个Allegro数字位置传感器IC收集，即A1220（斩波稳定）和A1201（连续时间）。

通电时间

The power-on time of a digital position sensor is characterized by measuring the time delay between the power supply reaching the minimum specified operating voltage and the output being in a valid state. To generate an output edge in response to the external field, B = B_rp（min）- 应用10g。（通常，申请a
较大的领域将导致观察到的上电时间降低。）

连续时间装置的较短通电时间可有利于快速循环传感器电源以获得超低功耗（最大电池寿命）或最小化自加热的应用。传感器必须通电才能产生有效输出的总时间更短，从而雷竞技最新网址导致
较低的占空比，较低的平均功耗，较少的自加热。

输出响应时间

响应时间从磁信号边沿测量到输出边缘。所施加的磁场将通过更简单的连续时间信号路径传播，比斩波器稳定的装置更快。然而，斩波稳定装置仍然在12μs内响应（见图6）。

输出响应时间对于在非常高的频率下运行的应用可能变得重要。雷竞技最新网址除了信号路径带宽之外，支持的最大工作频率与输出响应时间直接相关。

连续时间设备通常响应2μs内的磁场，使得能够达到理论为250kHz（使用每个时段的两个输出转换计算）。Chopper稳定的装置具有11.4μs的典型响应时间，并且理论上支撑操作高达近44 kHz。虽然这是连续时间设备的6：1优势，但两种情况下绝对延迟时间非常小，并且不是大多数实际应用中的因素。雷竞技最新网址对于两个设备类型，实际最大工作频率受信号路径带宽的限制。

环形磁极对计数、目标转速和设备工作频率f之间存在一个重要关系。该关系如图7所示，并用以下公式表示：

在这种表达式中，目标速度，RPM和目标持杆杆数，p_P.，确定霍尔效应传感器的有效工作频率。

JITTER

The repeatability (jitter) of a sensor output with respect to a consistent magnetic input signal is determined by the signal-to-noise ratio and the refresh rate (if chopper-stabilized). Continuous-time devices produce a constant Hall signal with very negligible delay. Chopper-stabilized devices require two or more Hall signal samples to take place before the output can be refreshed. This can contribute jitter in the output signal depending on when the magnetic signal transitions relative to the timing of the chopper stabilization phases.

例如，具有800 kHz斩波频率和4×斩波的设备（来自霍尔元素的四个角中的每一个的驱动电流）将以以下速率刷新输出状态：

图7包括环磁极对计数的几个例子和所得磁极对频率。如图所示，高密度环磁体将产生给定目标速度的增加的工作频率。但是，一切都在频率内，可以使用Allegro Hall技术测量。

这个200kHz的速率等于每5μs刷新一次，当加上信号路径剩余部分所贡献的延迟时，对于典型斩波稳定设备，可以导致6到12μs的总传播延迟。

The repeatability versus temperature comparison below (see Figure 9) shows that both sensor types actually exhibit similar performance. The data shown are typical 6-Sigma edge repeatability results using a 60 pole-pair ring magnet with a diameter of 100 mm. BPkPk, shown on the x-axis, represents the magnitude of the magnetic field input. Figure 8 contains an example of the measurement method used to quantify repeatability. When repeatability is measured this way, smaller values indicate better performance, i.e., less jitter. Figure 10 illustrates that the repeatability is very stable with changes in target speed.

温度对重复性的影响最大。其他因素包括磁场强度和一致性以及目标速度。然而，对于连续时间和斩波稳定装置，低速时的上升和下降沿可重复性仅略好于高速运行时。

TEMPERATURE STABILITY

斩波稳定装置在连续时间装置上的温度稳定性提供了优势。当感测某些磁性材料（例如铁氧体）时，将发生在温度上的磁场强度的漂移。除非试图跟踪给定目标的显着温度漂移，对于所有温度，否则是磁性开关阈值保持恒定和在预期磁场输入范围内的理想选择。

使用斩波稳定装置实现更好的温度稳定性。由于在斩波稳定期间发生的平均和偏移消除，开关阈值变化最小化。相邻图中的数据（图11和图12）总结了磁性开关阈值参数的标准偏差从它们的典型值进行连续时间和斩波器稳定装置。

在该示例中，连续时间设备的标准偏差通常比斩波器稳定装置大3倍。

连续时间设备受到温度增加的显着影响，结果，开关阈值变化比其斩波稳定的对应更大的5倍。这可以导致劣化的边缘位置（定时）精度，并且可能需要从目标和/或较小的空气中获得更高的磁场
差距。

Example standard deviation data for the magnetic switch threshold parameters are shown below (Table 4). Different operating voltages have a negligible effect on the standard deviation.

表4：标准偏差开关阈值数据

数据表 范围	Setup	磁阈值参数标准偏差，σ（G）
		ta = -40°C		TA=25°C		ta = 150°C
		砍刀 - Stabilized	连续的- 时间	砍刀 - Stabilized	连续的- 时间	砍刀 - Stabilized	连续的- 时间
操作点， BOP.	VCC=3伏	2.24	7.33	2.23	6.01	2.78	12.03
	vcc = 24 v	2.19	7.28	2.24	6.00	2.78	12.12
释放点， BRP.	VCC=3伏	2.23	6.97	2.12	5.67	2.52	12.88
	vcc = 24 v	2.29	6.97	2.09	5.61	2.45	13.07
滞后， B.HYS.	VCC=3伏	1.89	2.83	2.61	2.36	1.87	2.59
	vcc = 24 v	1.87	2.72	2.64	2.44	1.72	2.68

对照表

所有应用都建议使用斩波器稳定的设备。雷竞技最新网址下表应用作确定给定连续时间装置的最合适的斩波稳定更换的指南。

表5：斩波稳定交叉引用的连续时间

	设备类型	零件号	防喷器（最大）	BRP.(min)	bhys.	斩波稳定的替代品
	单极 开关	A1101	175	10.	80	A1121型
		A1102	245.	60	80	A1122型
		A1103	355.	150	80	A1123型
		A1104.	450.	35	80	A1121或A1128
		A1106	430.	160	140	A1123或A1128
	双极的 开关	A1201.	50	-50	55	APS12200或A1250
		A1202	75	-75	150	APS12200或APS12210
		A1203.	95	-95	190	APS12210
		A1205.	50	-50	55	APS12200或A1250
	闩锁	A1210	150	-150	300	A1222
		A1211	180	-180	360.	APS12230
		A1212	175	-175	350.	APS12230
		A1213	200.	-200	400	APS12230
		A1214	300	-300.	600	APS12230

摘要

斩波稳定的设备可以通过连续时间产品提供许多改进。通常，斩波稳定装置提供卓越的温度稳定性和应力阻力（下开关点漂移）和流线型生产流量与连续时间装置。由于缺乏修剪和使用更现代的晶片制造工艺，它们通常还具有较小的模具尺寸的优点。在时间域的性能中有一个小的权衡，但在大多数应用中，这可以忽略不计。雷竞技最新网址

一种ll of Allegro’s newest products are chopper-stabilized, and chopper-stabilized devices are recommended for all new applications. The slightly faster power-on and incrementally shorter output-delay time of continuous-time devices are generally insignificant. Continuous-time devices remain in production, but are only recommended for special applications, e.g.,

• 雷竞技最新网址通过打开和关闭传感器的电源来管理传感器的应用，因为连续时间设备具有更快的电源供电。
• 由于没有多相斩波动作，因此需要最高的工作频雷竞技最新网址率和绝对最低的抖动/最佳重复性的极高应用程序。

如果您的申请属于雷竞技最新网址其中一个类别，请咨询当地的Allegro现场应用工程师以确认连续时间设备是否是您设计的最佳选择。