作者：Maurizio Di Paolo Emilio

霍爾效應傳感器響應于磁場而改變其輸出電壓。霍爾效應器件用作接近傳感器，并用于定位，速度和電流檢測。它們被廣泛用于電機控制系統(tǒng)。霍爾效應傳感器是一種長期解決方案，因為沒有機械零件會隨著時間的流逝而磨損。集成的軟件包減少了系統(tǒng)的大小和實現(xiàn)的相對復雜性。借助可用于計算位置，速度和電流感測的多種技術(shù)解決方案，設計人員可以選擇最佳選項來實現(xiàn)其目標。設計決策中的關(guān)鍵要素包括成本，分辨率，精度，可靠性和上市時間要求。

檢查霍爾效應

霍爾效應是當流經(jīng)導體（或半導體）的電流受到磁場影響時可測量的電壓。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產(chǎn)生橫向電壓。磁場會影響在導體（或半導體）內(nèi)部流動的移動電荷。圖1顯示了電荷在磁場中流過半導體的過程。運動中的電子（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。這種電荷分離會產(chǎn)生一個稱為霍爾電壓的電壓。

霍爾電壓（Vh）垂直于電流流動方向，由以下公式表示：

其中J是電流密度，Bz是沿z方向的磁場，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，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)計量度的結(jié)果，磁場的非線性效應會改變實驗獲得的結(jié)果。因此，常數(shù)中包括校正項rh，通?？梢匀?到1.5之間的值。

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

霍爾效應的一個基本特征是，在一個方向上移動的正電荷與在相反方向上移動的負電荷之間的區(qū)別?；魻栃骷a(chǎn)生的信號電平較淺，因此需要放大級。許多設備都將傳感器芯片和高增益放大器電路集成到一個封裝中。

任何霍爾效應檢測設備的設計都需要一個能夠響應通過電子輸入接口檢測到的物理參數(shù)的磁性系統(tǒng)?；魻栃獋鞲衅鳈z測磁場，并根據(jù)電子系統(tǒng)的要求產(chǎn)生適當轉(zhuǎn)換為標準的模擬或數(shù)字信號。設計階段的目標是定義構(gòu)成圖2所示檢測設備的四個模塊中的每個模塊。

圖2：霍爾效應傳感器的設計布局

最近的技術(shù)進步在單個封裝中進一步增加了模數(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。

設備和應用

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

圖3：APS12626的框圖（圖片：Allegro）

Allegro垂直霍爾效應技術(shù)（AVHT）已與傳統(tǒng)的平面霍爾效應技術(shù)相結(jié)合，以創(chuàng)建可以在單個晶片上進行二維傳感的設備。Allegro的A1262和APS12626輸出檢測到的正交信號，以進行進一步處理以確定目標速度和方向（圖3）。

編輯：hfy