作者：Maurizio Di Paolo Emilio

霍爾效應(yīng)傳感器響應(yīng)于磁場(chǎng)而改變其輸出電壓?；魻栃?yīng)器件用作接近傳感器，并用于定位，速度和電流檢測(cè)。它們被廣泛用于電機(jī)控制系統(tǒng)。霍爾效應(yīng)傳感器是一種長(zhǎng)期解決方案，因?yàn)闆]有機(jī)械零件會(huì)隨著時(shí)間的流逝而磨損。集成的軟件包減少了系統(tǒng)的大小和實(shí)現(xiàn)的相對(duì)復(fù)雜性。借助可用于計(jì)算位置，速度和電流感測(cè)的多種技術(shù)解決方案，設(shè)計(jì)人員可以選擇最佳選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。設(shè)計(jì)決策中的關(guān)鍵要素包括成本，分辨率，精度，可靠性和上市時(shí)間要求。

檢查霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)是當(dāng)流經(jīng)導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）的電流受到磁場(chǎng)影響時(shí)可測(cè)量的電壓。在這些條件下，由于洛倫茲力（電磁力）和電力的平衡，垂直于施加的電流會(huì)產(chǎn)生橫向電壓。磁場(chǎng)會(huì)影響在導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）內(nèi)部流動(dòng)的移動(dòng)電荷。圖1顯示了電荷在磁場(chǎng)中流過(guò)半導(dǎo)體的過(guò)程。運(yùn)動(dòng)中的電子（q）受到朝向?qū)w一側(cè)的磁力，而在另一側(cè)上留下凈正電荷。這種電荷分離會(huì)產(chǎn)生一個(gè)稱為霍爾電壓的電壓。

霍爾電壓（Vh）垂直于電流流動(dòng)方向，由以下公式表示：

其中J是電流密度，Bz是沿z方向的磁場(chǎng)，w是如圖1所示的物理尺寸，Rh是霍爾常數(shù)，如果多數(shù)載流子是電子，則為負(fù)，如果多數(shù)載流子為電子，則為正載體是孔。載流子速度是統(tǒng)計(jì)量度的結(jié)果，磁場(chǎng)的非線性效應(yīng)會(huì)改變實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果。因此，常數(shù)中包括校正項(xiàng)rh，通常可以取1到1.5之間的值。

圖1：n型方形封裝的霍爾效應(yīng)（尺寸w×w）（圖片：Allegro MicroSystems）

霍爾效應(yīng)的一個(gè)基本特征是，在一個(gè)方向上移動(dòng)的正電荷與在相反方向上移動(dòng)的負(fù)電荷之間的區(qū)別?；魻栃?yīng)器件產(chǎn)生的信號(hào)電平較淺，因此需要放大級(jí)。許多設(shè)備都將傳感器芯片和高增益放大器電路集成到一個(gè)封裝中。

任何霍爾效應(yīng)檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)都需要一個(gè)能夠響應(yīng)通過(guò)電子輸入接口檢測(cè)到的物理參數(shù)的磁性系統(tǒng)?；魻栃?yīng)傳感器檢測(cè)磁場(chǎng)，并根據(jù)電子系統(tǒng)的要求產(chǎn)生適當(dāng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的模擬或數(shù)字信號(hào)。設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)是定義構(gòu)成圖2所示檢測(cè)設(shè)備的四個(gè)模塊中的每個(gè)模塊。

圖2：霍爾效應(yīng)傳感器的設(shè)計(jì)布局

最近的技術(shù)進(jìn)步在單個(gè)封裝中進(jìn)一步增加了模數(shù)轉(zhuǎn)換器和I2C通信協(xié)議，用于直接連接到微控制器的I / O端口。

設(shè)備和應(yīng)用

霍爾效應(yīng)技術(shù)已在各種應(yīng)用中取代了許多傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，包括液位測(cè)量和電機(jī)控制。選擇合適的設(shè)備取決于精度水平和所需的檢查。
對(duì)于高精度應(yīng)用，可以將線性設(shè)備與微處理器結(jié)合使用。線性設(shè)備根據(jù)霍爾元件產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化提供絕對(duì)的模擬位置，而微處理器中的搜索算法將解釋磁體的位置。選擇的線性設(shè)備取決于所需的精度。可能性包括Allegro MicroSystems的可編程A132x或A138。

圖3：APS12626的框圖（圖片：Allegro）

Allegro垂直霍爾效應(yīng)技術(shù)（AVHT）已與傳統(tǒng)的平面霍爾效應(yīng)技術(shù)相結(jié)合，以創(chuàng)建可以在單個(gè)晶片上進(jìn)行二維傳感的設(shè)備。Allegro的A1262和APS12626輸出檢測(cè)到的正交信號(hào)，以進(jìn)行進(jìn)一步處理以確定目標(biāo)速度和方向（圖3）。

編輯：hfy