垂直霍尔技术实现有效干扰检测
垂直霍尔技术实现有效干扰检测
约瑟夫·霍林斯和瑞安·梅蒂维尔
雷竞技竞猜下载Allegro微系统有限责任公司
各种机械和电子系统可能受到电磁干扰。不法之徒可能攻击部署的电子产品，如智能电表、自动取款机、赌博/游戏机、自动售票机或电子锁等，他们希望能够改变、停用这些设备，或是窃取产品和服务。此文重点介绍智能电表，但讨论的原理同样适用于其他系统。
本研究主要开展了以下几个方面的研究，进行了各种不同类型的钻井液的钻井液的钻井液的钻井液、钻井液的钻井液、钻井液的钻井液、钻井液的钻井液、钻井液的钻井液、钻井液的钻井液、钻井液的钻井液的钻井液、钻井液的钻井液、钻井液的钻井液、钻井液的钻井液的钻井液、钻井液的钻井液、钻井液的钻井液、钻井液的钻井液、钻井液的钻井液的钻井液、钻井液的钻井液的钻井液、钻井液的钻井液的钻井液的钻井液、钻井液的钻井液的钻井液的钻井液、钻井液的钻井液的钻井液的钻井液各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各导航研究1所述，到 2018 年，全球每年智能电表发货量将达 1.31 亿只。窃电是电力公司和政府监管部门面临的主要问题。用磁铁破坏并欺骗智能电表，使电表的用电量读数为零或是大幅减少2。据估计，每年干扰智能电表导致的窃电量接近 900 亿美元2。
图 1：典型智能电表
干扰电表使用的一种方法是使用强力磁体破坏电表检测耗电量的功能三。使用的磁体通常磁性很强，并且相对较大并且沉重。这种磁体能够网购获得，或只需从废弃电子产品和电脑（电子垃圾）中拆卸。如果将这些磁体靠近电表，则会使侦测电表电流的电流互感器出现磁饱和。磁芯饱和会导致电表基本察觉不到通过的电流。
虽然电表制造商很难阻止在使用场所出现这种行为，但检测干扰的可性性很大，以便采取补救措施，比如派遣服务工作人员或远程禁用此电表。全球有多个组织正在制定智能调表规范，包括针对电表的干扰检测要求。请参阅“表 2：智能电表行业标准”（下文），了解更多详情。
为了实现有效的检测，用于检测干扰的电磁传感器必须具有以下特性：
- 高灵敏度：虽然用于系统外部的磁体可能很强，但磁体远离时，其磁场强度会呈指数级衰减。传感器内部位置的磁场强度可能比磁体表面的磁场强度低得多。电表使用的某些组件可能扭曲施加磁场，如果灵敏度不够高，可能导致传感器检测区域出现“阴影”或“空洞”。
- 高动态范围：某些电磁传感技术有磁场上边界。霍尔效应技术对施加磁场没有上限要求。全极灵敏度：试图干扰电表的犯罪分子不大可能关注施加到系统外壳的磁体的磁极，他们只会尝试找到能发挥作用的磁极。该传感器应能检测到磁场，而和磁体方向无关。
- 根据20840年的调查分析，开展开展了各方面的调查；；目前，各地区的调查分析；开展了各方面的调查；；开展了各方面的调查；；开展了各方面的调查；；开展了各方面的调查；开展了各方面的调查；开展开展了各方面的调查；；开展了各方面的调查；开展了各方面的调查；开展了各方面的调查；开展了各方面的调查；开展开展了各方面的调查；开展开展开展了各方面的调查；开展开展开展了各方面的调查；开展开展了各方面的调查；开展开展开展开展开展了各方面的各方面的调查；开展开展开展开展了各方面的调查；开展开展了各方面的调查；开展开展开展了各方面的调查；开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展；各各方面的调查；开展开展开展开展开展开展开展开展了各方面的调查；开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展开展第四章（X，Y，Z）和第四章（X，Y，Z）
通常而言，磁体远离时，其磁场强度会呈指数级衰减。作为示例，如果从 50mm 以外（1 倍磁体厚度）测量表面磁场强度为 6000 G (600 mT) 的大型稀土磁体 (50 mm × 50 mm × 50 mm)，其磁场强度大致为 600 G (60 mT)。图 2 描述了这种现象。较小磁体的“范围”小于较大的磁体。根据经验而言，距离磁体一个厚度距离的位置具有十分之一磁场强度。
图 2：磁场与磁极距离 (mm)，50 mm × 50 mm × 50 mm N45 磁体
如果传感器安装在电表内部，必须考虑距电表侧面和表面的距离，才能确定传感器对置于电表外部表面任意位置磁体的灵敏度。
（3）根据现场实际情况进行的分析，得出了以下几个方面的估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计1879年的今天4上会产生电势。如图 3 所示，电流施加于导电板。垂直于导电板（电流）的磁场会在导电板形成差分电压。传感器测量此电压作为施加磁场的指示。注意，传统平面霍尔效应传感器只能测量垂直于传感片或平面的磁场。如果是表面安装 集成电路板
印刷电路板上安装更多传感器，并且传感器之间以及和主板或已安装和可能形成引导的传感器之间保持适当角度，从而使用霍尔板指向正确。这两种方法都会增加组件数量和成本、系统复杂性和装配成本。用户可以安装大量传统平面霍尔传感器，并依靠“边缘”场将其激活，但这也会增加系统成本和复杂性。
（26）目前，有关方面的估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计第二部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：第三部分
图 3：平面霍尔效应传感器
从各方面来看，目前开展的51516年半半半半半半半半半半半半遮遮开展开展的各半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半遮半以下内容：
平面：芯芯片整个宽度长度上
垂直：沿芯片
（24799）估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计20010;，直径56毫米2快板微系统公司雷竞技竞猜下载2的 PCB 面积。A1266 还具有极高的灵敏度（工作点，BOP），因此它能检测大面积或大体积范围内的干扰5。表 1 比较了现有技术。
图 4：垂直霍尔效应传感器
图 5：A1266 具有 3D 全极响应能力，是干扰检测的理想选择
表1:集成电路
| 技术 | 极性 | 方向性 （最高灵敏度） |
备注 |
|---|---|---|---|
| 平面霍尔 | 全极 | 仅Zа | 最常见的传统方法 |
| 垂直霍尔 | 全极 | 十、 年 | 第二部分 |
| 磁阻（MR） | 全极 | X-Y平面 | 可能在高磁场翻转 |
从1996年11月18日起，进行了各种各样的调查分析；从各方面进行的调查分析；从各方面进行的调查；从各方面进行的调查；；从各方面进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行进行的调查；从各方面进行进行的调查；从各方面进行进行的调查；从各方面进行的调查；从各方面进行进行的调查；从各方面进行进行进行的调查；；从各方面进行进行的调查；从各方面进行进行进行的调查；从各方面进行进行的调查；从各方面进行进行的调查；从从各方面进行进行的调查；进行进行进行的调查；从从各方面进行的调查分析；从各各50毫米×50毫米×50毫米N45磁体（参阅图6、7）
接受测试的传感器在电表正面以下 35mm 的中部位置。使用机器人映射站在电表正面以上 10mm 位置，沿电表的长度和宽度方向移动磁体。图 8 显示映射站映射传感器响应的映射站装置。
图 6：假设仪表尺寸和传感器气隙
图 7：磁体方向（南极指向电表表面）
图 8：机器人映射站
图9显示使用传统平面霍尔传感器检测磁场时,映射此假定仪表的结果(该霍尔传感器具有Z轴方向的最高灵敏度）。蓝色区域是接受测试传感器能够检测磁体存在的磁体位置区域。磁体在传感器正上方时，传感器能够轻松检测到磁体。随着磁体在 X-Y 平面移动，气隙增加并且磁场方向可能不再沿最高灵敏度轴线 (Z)。但是，传感器依然能在大致 148 mm × 148 mm 范围内检测到磁体。
图 10显示使用全向 (3D) 霍尔传感器检测磁场时，映射相同假设电表的结果（此霍尔传感器在单个 IC 封装内安装 2 个垂直霍尔元件和一个平面霍尔元件）。蓝色区域是测试传感器能够检测磁体存在的磁体位置区域。磁体在传感器正上方时，传感器能够轻松检测到磁体。随着磁体在 X-Y 平面移动，气隙增加，但磁场出现离轴，工作效果降低。在此情况下，传感器能够在大得多的面积内检测到磁体，几乎涵盖整个假设电表表面（大致覆盖 280 mm × 165 mm）。
据估计，各地区（2008年）各各各各各半（估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计估计（1）二、二、三、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、四、
（36825;）开展的现场调查分析；开展的现场调查分析；开展的现场调查分析；开展的现场调查分析；开展的现场调查分析；开展的现场调查；开展的现场调查分析；开展的现场调查分析；开展的现场调查分析雷竞技竞猜下载；开展的现场调查分析；开展的现场调查分析；开展的现场调查分析；开展的现场调查分析；开展的现场调查分析；开展的现场调查分析；开展的现场调查分析；开展的现场调查；开展的现场调查；开展的现场调查；开展的现场调查；开展的现场调查；开展的现场调查；开展开展的现场调查；开展的；开展的现场调查；开展开展的现场调查；开展；开展的现场调查分析；开展；开展的现场调查分析；开展；开展的；开展的3D；开展的3D；开展；开展的三维；开展；开展；开展的；开展的；开展的三维；开展；开展；开展的；开展的；开展的；开展；开展；开展；开展；开展的；三维；开展；开展的；开展；开展；开展；开展；各快板微系统，分析了12 6～12 6、12 12 6、12 6、12 12 6、12 12 6、12 12 12、12 12 12、12 12 12、12 12 12、12 12 12、12 12 12、12 12 12、12 12 12、12 12 12、18 18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、38、15、38、18、38、18、38、38、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、12、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、19、18、18、19、18、18、18、19、19、18、19、18、18、18、18、18、18、18、19、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18、18是的
图 9：1D 平面霍尔效应传感器的干扰覆盖面积（43%，蓝色表示检测区域）
10:3D（92%，百分之九十二）
智能电表标准
全球有多个组织正在制定并标准化智能电表规范。这些标准越来越多地包含针对电表的干扰检测要求。一些组织是政府机构，有些则是专业团体。独立电力公司可能还要为采购和部署的电表制定自己的标准。如果涉及磁体干扰，有关具体规范的细节水平和测试方法随不同的标准而差异巨大。表 2 是列出了制定智能电网系统标准的一些组织。
表 2：智能电表行业标准
| 区域 | 机构/标准 | 链接 |
|---|---|---|
| 中国 | 中国电力科学研究院 | cepri.com.cn网站 |
| 南瑞集团公司 | www.narigroup.com |
|
| 国家电网公司 | 国家电网公司网站www.sgcc.com.cn/ywlm/index.shtml |
|
| 德国 | 德国工业标准 | www.din.de/en |
| VDE/FNN公司 | www.vde.com/en/Pages/Homepage.aspx |
|
| 印度 | 工业标准局 | www.bis.org.in |
| 中央电力管理局 | www.cea.nic.in/regulations.html |
|
| IEEE标准 | smartgrid.ieee.org/resources/public-policy/india |
|
| 电力部 | indiasmartgrid.org/en/technology/Pages/Advanced-计量-基础设施.aspx |
|
| 多个 | IEEE–智 | smartgrid.ieee.org |
| 国际电工委员会 | www.iec.ch/index.htm |
|
| 主要联盟 | www.prime-alliance.org/?p=68 |
|
| 美国 | ANSI标准 | www.ansi.org |
| NEMA | www.nema.org |
参考资料
1全球智表量到2018将达到1.31亿只峰值，2013月7月11ï，Richard Martin，Navigant Research(https://www.navigantresearch.com/newsroom/global-smart-meter-unit-shipments-will-peak-at-131-million-annually-in-2018)
2全球因窃损失893亿美俣俣，俣587亿美俣俣俣，2014年12月9俣，PRNewswire(www.prnewswire.com/news-releases/world-loss-8930-billion-to-electric-theft-annual-5870-billion-in-emerging-markets-300006515.html), Source:Northeast Group, LLC (www.northeast-group.com)
三FBI:智能电表黑客很可能要蔓延, 2019 年 4 月 9 日, Krebs on Security (http://krebsonsecurity.com/2012/04/fbi-smart-meter-hacks-likely-to-spread/)
4Allegro公司，Shaun Milano，Allegro Mic雷竞技竞猜下载roSystems，LLC(//www.wasanxing.com/en/insights-and-innovations/technical-documents/hall-effect-sensor-ic-publications/allegro-hall-effect-sensor-ics)
5A1266微功率超灵敏3D霍尔效开关数据表，Alleg雷竞技竞猜下载ro MicroSystems，LLC//www.wasanxing.com/en/products/sense/switches-and-latches/micropower-switches-latches/a1266)
2016年1月1日，中国国家电力公司