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摘自Motaz Khader | 2018年1月23日， 翻譯by 愛(ài)澤工業(yè)
霍爾效應(yīng)傳感器提供的低功耗，低成本和更小的占位面積使其成為各種設(shè)計(jì)和應(yīng)用的理想選擇。
當(dāng)今樓宇自動(dòng)化和個(gè)人電子市場(chǎng)的主要趨勢(shì)包括小型化和便攜性，以及智能化和低成本。然而，實(shí)現(xiàn)這些趨勢(shì)既需要挑戰(zhàn)，也需要權(quán)衡?；魻栃?yīng)傳感是該市場(chǎng)有前途的技術(shù)之一。
霍爾效應(yīng)原理是Edwin Hall于1879年發(fā)明的一種流行的磁傳感技術(shù)。原理是在向?qū)w施加垂直磁場(chǎng)時(shí)，在載流導(dǎo)體（通常稱(chēng)為霍爾元件）中產(chǎn)生的差分電壓。電壓是由施加的磁場(chǎng)引起的洛倫茲力的結(jié)果，其導(dǎo)致電流電子集中在導(dǎo)體的一端并在兩端之間產(chǎn)生電勢(shì)差。
圖1
電壓通常稱(chēng)為霍爾電壓（VH）
圖1說(shuō)明了霍爾效應(yīng)原理以及電流，電壓和磁場(chǎng)之間的關(guān)系。產(chǎn)生的電壓通常稱(chēng)為霍爾電壓（VH）。當(dāng)不存在磁場(chǎng)時(shí)，電流電子的分布是均勻的并且VH是零。當(dāng)施加磁場(chǎng)時(shí)，電流電子的分布受到干擾，并且將導(dǎo)致與電流和施加的磁場(chǎng)的交叉積成比例的非零VH。電流通常是固定的，導(dǎo)致VH與施加的磁場(chǎng)之間的直接關(guān)系。
VH具有非常小的值（用于產(chǎn)生施加磁場(chǎng)的每毫安的霍爾電流的電壓電壓的每伏特幾微伏的量級(jí)（μV/ Vs / mT）。為了使該電壓值可用，放大階段放大差分電壓并抑制任何共模信號(hào)，這就是為此階段需要差分放大器的原因。
圖2顯示了霍爾效應(yīng)傳感器的典型組件。不同的霍爾效應(yīng)傳感器以多種方式使用差分放大器的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能。有關(guān)霍爾效應(yīng)傳感器和其他磁傳感器技術(shù)的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)查看德州儀器（TI）關(guān)于此主題的***。
圖2
基本霍爾效應(yīng)傳感器構(gòu)建模塊包括電源
霍爾元件和運(yùn)算放大器
霍爾效應(yīng)傳感的好處
霍爾效應(yīng)傳感器已被證明是****的磁場(chǎng)傳感器之一，原因如下：
*低成本
*功耗低
*占地面積小
*可靠性高
*簡(jiǎn)單
*距離感應(yīng)
*多功能性（開(kāi)關(guān)，鎖存，線(xiàn)性和多個(gè)磁閾值）
*真正的固態(tài)
*壽命長(zhǎng)
*能夠以固定輸入（零速度）運(yùn)行
*缺少活動(dòng)部件
*邏輯兼容的輸入和輸出
*寬溫度范圍（-40至+ 150°C）
這些功能可轉(zhuǎn)換為特定器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中的各種電氣和磁性規(guī)范。您可以在TI的“了解和應(yīng)用霍爾效應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)表”應(yīng)用筆記中了解有關(guān)這些規(guī)范以及如何解釋這些規(guī)范的更多信息。此外，TI還提供了有關(guān)低功耗優(yōu)勢(shì)的技術(shù)說(shuō)明。
霍爾效應(yīng)傳感器的類(lèi)型
霍爾效應(yīng)傳感器可根據(jù)不同應(yīng)用進(jìn)行配置。它們通?？梢苑譃閮深?lèi)：基于閾值和線(xiàn)性。
*基于閾值的霍爾效應(yīng)傳感器可以作為一個(gè)開(kāi)關(guān)，通過(guò)單個(gè)輸出（全極），兩個(gè)輸出（雙極單極），鎖存輸出（雙極）或一個(gè)極（單極）響應(yīng)任一磁極。通常，如果場(chǎng)來(lái)自南極，則輸出電壓為正。如果場(chǎng)源是北極，則輸出電壓為負(fù)。 TI近為數(shù)字霍爾效應(yīng)傳感器開(kāi)發(fā)了一系列低功耗霍爾效應(yīng)數(shù)字開(kāi)關(guān)（DRV5032）和鎖存器（DRV5012）。圖3顯示了這些傳感器的傳遞函數(shù)。
*線(xiàn)性霍爾效應(yīng)傳感器有時(shí)被稱(chēng)為比率霍爾效應(yīng)傳感器，因?yàn)檩敵鍪潜壤盘?hào)，其相對(duì)于所施加的磁場(chǎng)線(xiàn)性變化;電源電壓決定了輸出范圍。為了避免使用多個(gè)電源來(lái)偏置差分放大器級(jí)，所施加的偏移（零電壓）將輸出移位到正范圍。此外，由于霍爾效應(yīng)傳感器在大值和小值附近飽和，因此線(xiàn)性區(qū)域通常定義為高于地面幾百毫伏且低于電源電壓幾百毫伏。
圖3
基于閾值的霍爾效應(yīng)傳感器
可以具有不同的傳遞函數(shù)
線(xiàn)性霍爾效應(yīng)傳感器可響應(yīng)磁極或一極，以提高器件靈敏度。此外，輸出可以是未調(diào)制的（線(xiàn)性模擬電壓信號(hào)）或調(diào)制的（具有變化的占空比的脈沖寬度調(diào)制[PWM]信號(hào)），以便在嘈雜的環(huán)境中使用。圖4顯示了各種線(xiàn)性霍爾效應(yīng)傳感器的傳遞函數(shù)。
圖4
傳感器輸出可以遵循線(xiàn)性（比率）
霍爾效應(yīng)傳感器傳遞函數(shù)（頂部）
或用于生成PWM信號(hào)（底部）
應(yīng)用
霍爾效應(yīng)傳感器具有許多功能，使其對(duì)樓宇自動(dòng)化和個(gè)人電子市場(chǎng)具有吸引力。以下是幾種使用情況，其中這些傳感器為各種終端設(shè)備啟用不同的功能。
樓宇自動(dòng)化
圖5
霍爾效應(yīng)傳感器的樓宇自動(dòng)化用例
包括旋轉(zhuǎn)編碼（a）
篡改/安裝檢測(cè)（b）
和自測(cè)（c）
*旋轉(zhuǎn)編碼：鎖存型（如TI的DRV5012）或開(kāi)關(guān)型單極霍爾效應(yīng)傳感器檢測(cè)小型電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，以確定電動(dòng)百葉窗/燈罩或智能門(mén)鎖的位置（圖）。 （參見(jiàn)TI的“增量旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)”技術(shù)說(shuō)明。）
*開(kāi)/關(guān)檢測(cè)：對(duì)于可靠，高度連接和便攜的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（例如，電池供電的無(wú)線(xiàn)窗口和門(mén)安全傳感器），開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器優(yōu)于**開(kāi)關(guān)，因?yàn)樗鼈兊墓牡?，占地面積更小，可靠性更高。此外，它們沒(méi)有活動(dòng)部件，不易受環(huán)境條件的影響。 （參見(jiàn)TI的“具有低于1 GHz的低功率門(mén)窗傳感器和10年紐扣電池壽命參考設(shè)計(jì)。”）
*篡改檢測(cè)：開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器可以從安裝座檢測(cè)便攜式安全設(shè)備的存在與否。例子包括電池供電的門(mén)鈴或無(wú)線(xiàn)商用煙霧探測(cè)器（圖5b）。
*自檢激活或1位無(wú)線(xiàn)本地通信：物理訪(fǎng)問(wèn)需要定期維護(hù)的某些設(shè)備以觸發(fā)自檢/診斷模式可能很困難。將開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器放置在感興趣的設(shè)備內(nèi)并使用磁棒觸發(fā)自檢或診斷模式可以簡(jiǎn)化此過(guò)程（圖5c）。
個(gè)人電子產(chǎn)品
*位置檢測(cè)。開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器可以?xún)?yōu)化和實(shí)現(xiàn)個(gè)人電子設(shè)備中的許多功能，包括手機(jī)和平板電腦的無(wú)線(xiàn)充電對(duì)準(zhǔn);手機(jī)和平板電腦的覆蓋檢測(cè);筆記本電腦的蓋子/屏幕位置檢測(cè);和配件檢測(cè)平板電腦。
圖6顯示了使用基于閾值的霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)的這些用例的幾個(gè)示例。線(xiàn)性霍爾效應(yīng)傳感器可檢測(cè)游戲和虛擬現(xiàn)實(shí)控制器的按鈕位置，以及360度的屏幕角度。旋轉(zhuǎn)筆記本。
圖6
個(gè)人電子用例：
用于位置檢測(cè)的霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)（a）
游戲控制器和360筆記本電腦中的線(xiàn)性傳感器（b）
小結(jié)
霍爾效應(yīng)傳感器的優(yōu)勢(shì)，例如低功耗，成本效益和更小的占地面積（僅舉幾例），使它們?cè)跇怯钭詣?dòng)化和個(gè)人電子設(shè)備中得到很好的定位。它們的多功能性使各種用例成為可能，從智能鎖和陰影中的旋轉(zhuǎn)編碼到手機(jī)，平板電腦和筆記本電腦中的位置檢測(cè)。
附翻譯原文：（建議翻墻瀏覽）
http://www.electronicdesign。。ｃｏｍ/analog/hall-effect-sensing-makes-sense-building-automation-portables
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