21世紀(jì)的超小型IC封裝創(chuàng)新為機(jī)械設(shè)備提供了有益的替代方案。

據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會稱，消費電子市場在2004年成為半導(dǎo)體的最大用戶和主要驅(qū)動因素并持續(xù)增長比公司部門還要大。在消費類電子產(chǎn)品中，便攜式產(chǎn)品是增長最快的領(lǐng)域。市場研究公司Gartner Dataquest的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計2007年手機(jī)數(shù)量將從2007年的10億多個增加到2010年的近15億個。

同時為正確的組件，消費類電子產(chǎn)品，特別是消費電子產(chǎn)品的供應(yīng)商提供大量機(jī)會。便攜式部分對供應(yīng)商提出了很高的要求，要求小尺寸，高功能，低功耗和低成本作為驗收的主要標(biāo)準(zhǔn)。在這個競爭激烈的舞臺上，霍爾效應(yīng)被證明是為蜂窩電話，便攜式計算機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，導(dǎo)航系統(tǒng)，電子玩具等添加功能的正確解決方案?；魻栃?yīng)是20世紀(jì)后期通過使用LSI（大規(guī)模集成）IC技術(shù)和先進(jìn)封裝實現(xiàn)的磁性技術(shù)。在便攜式消費電子產(chǎn)品中，霍爾效應(yīng)傳感器提供了有效的替代方案。與其他非接觸技術(shù)相比，機(jī)械開關(guān)具有更高的可靠性，以及成本和/或性能優(yōu)勢。霍爾效應(yīng)IC采用集成雙極感應(yīng)和CMOS邏輯電路，具有高度可靠的半導(dǎo)體封裝和小磁鐵，可提供多種有用功能。

便攜式電子產(chǎn)品中的應(yīng)用

在消費類電子產(chǎn)品中，產(chǎn)品的接受程度越來越由以下因素決定：

用戶界面，傳感器提供意識

整體用戶體驗，其中微妙的功能可以成為“哇！”因此?；魻栃?yīng)IC開關(guān)的使用有助于其中幾種應(yīng)用的產(chǎn)品驗收。

開/關(guān)檢測

便攜式電腦，翻蓋式或千斤頂式電話，以及其他具有旋轉(zhuǎn)鉸鏈和蛤殼設(shè)計的便攜式設(shè)備（見圖1）歷來使用機(jī)械開關(guān)來指示打開或關(guān)閉位置。了解設(shè)備是打開還是關(guān)閉對于為睡眠電路供電以及將設(shè)備恢復(fù)到睡眠模式以節(jié)省電量至關(guān)重要。

圖1：霍爾當(dāng)手機(jī)蓋關(guān)閉時，IC開關(guān)檢測到磁鐵的存在。

霍爾效應(yīng)IC開關(guān)檢測是否存在磁場，并輸出數(shù)字信號用于ON/OFF。與具有潛在磨損機(jī)制的機(jī)械開關(guān)相比，霍爾方法是一種非接觸式，長壽命的解決方案。與機(jī)械開關(guān)相比，在許多情況下，霍爾效應(yīng)開關(guān)可以簡化傳感器位置的選擇。

一些較新的手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)和其他便攜式儀器使用滑動機(jī)制（見圖2）顯示顯示器或鍵盤，當(dāng)設(shè)備處于待機(jī)模式時通常會被覆蓋。在這些應(yīng)用中，通常使用霍爾效應(yīng)IC開關(guān)/磁體組合。 IC通常是單極霍爾效應(yīng)IC。單極霍爾效應(yīng)IC開關(guān)僅在檢測到足夠強(qiáng)度和極性的磁場時工作。 S極檢測設(shè)備最常見，但也可以使用N極檢測設(shè)備。

圖2：霍爾效應(yīng)IC開關(guān)在手機(jī)蓋關(guān)閉時檢測磁鐵的存在。

能夠檢測任一極性磁場的全極霍爾效應(yīng)IC開關(guān)也可用于此應(yīng)用。單極器件通常需要較少的功率來操作，但磁體必須正確定向，而全極設(shè)備的操作與磁體方向無關(guān)。

屏幕方向

在另一個變型中，屏幕樞轉(zhuǎn)以允許磁體的正面或背面要顯示的顯示。系統(tǒng)必須辨別顯示器的哪一側(cè)面向觀察者。該應(yīng)用程序通常用于PDA，數(shù)碼相機(jī)和平板電腦。一些用于臺式計算機(jī)的平板顯示器可以在縱向和橫向模式之間旋轉(zhuǎn)。

在這些應(yīng)用中，必須使用霍爾效應(yīng)IC傳感器，它不僅能夠檢測磁場，還能夠區(qū)分磁場。極性（參見圖3）。

具有雙輸出的全極霍爾效應(yīng)IC開關(guān)可以通過單個器件控制屏幕方向和其他類似功能。

圖3：極性區(qū)分全極霍爾效應(yīng)IC開關(guān)可用于控制多個顯示器的操作和方向。

功能選擇和控制

多功能手機(jī)中越來越重要的功能是滾輪或軌跡球（參見圖4），一個人機(jī)界面，允許用戶滾動列表，增加或減少音量，或?qū)崿F(xiàn)另一個功能。一些低成本的MP3播放器使用順時針或逆時針移動的轉(zhuǎn)輪選擇MP3歌曲或滾動菜單項列表。

電容式甚至電阻式觸摸感應(yīng)也用于這些應(yīng)用，但霍爾效應(yīng)傳感器提供成本較低的解決方案。

圖4：雙極霍爾效應(yīng)IC開關(guān)檢測交替極性磁場的存在，以識別順時針或逆時針運動。

此應(yīng)用需要使用兩個雙極鎖存霍爾效應(yīng)IC。轉(zhuǎn)輪具有一系列交替的N極和S極磁鐵。組合使用的兩個霍爾效應(yīng)IC用于檢測車輪的順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。

手機(jī)，計算機(jī)和游戲手機(jī)中的更高級應(yīng)用程序使用可左右上下移動的軌跡球。這些設(shè)計使用四個霍爾效應(yīng)開關(guān)來確定球的移動方向和速度。雖然移動電話使用霍爾效應(yīng)傳感器來實現(xiàn)各種功能，但這些功能中的一些可用于便攜式計算機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，霍爾效應(yīng)技術(shù)基礎(chǔ)

電流在垂直于磁場的導(dǎo)體中流動會在相對的兩側(cè)產(chǎn)生一個電壓，稱為霍爾電壓。導(dǎo)體。雖然自1879年Edwin Hall發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象以來已經(jīng)知道這一點，但半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)減小了霍爾效應(yīng)器件的尺寸，并增加了幾個關(guān)鍵特性，使霍爾效應(yīng)開關(guān)，傳感器和其他產(chǎn)品在許多應(yīng)用中非常有用。如圖5所示，垂直于半導(dǎo)體封裝平面的磁場和其內(nèi)部的芯片產(chǎn)生低電平的霍爾電壓。霍爾元件配置為惠斯通電橋，需要額外的電路，包括放大和偏移電壓補(bǔ)償。

霍爾效應(yīng)傳感應(yīng)用的設(shè)計考慮因素包括磁場強(qiáng)度和磁鐵接近度。對于最小的傳感系統(tǒng)，建議使用釹磁鐵而不是鐵氧體磁鐵。厚度為1 mm或3 mm的4 mm x 4 mm釹磁鐵在磁鐵和霍爾效應(yīng)IC之間的間隔為7.66 mm至10.4 mm。增加檢測距離需要增加厚度，截面積或兩者。對于一些手機(jī)，還使用MR（磁阻），GMR（巨磁阻）或AMR（各向異性磁阻）傳感技術(shù)。在這些技術(shù)中，場方向與霍爾效應(yīng)場方向相反，這需要正交磁場。通常，磁體強(qiáng)度需要大約是霍爾效應(yīng)器件的兩倍。然而，在引入霍爾效應(yīng)傳感器的芯片級封裝之前，MR封裝更小。采用更新，更小的霍爾效應(yīng)IC，如ROHM的產(chǎn)品，采用1.1 mm x 1.1 mm x 0.5 mm CSP（芯片級封裝），MR封裝尺寸優(yōu)勢基本消失，特別是因為設(shè)計人員可以通過使用更小的尺寸來節(jié)省空間和成本圖5：當(dāng)磁鐵垂直于流動時，霍爾電壓是由半導(dǎo)體材料中的電流引起的。

ROHM的霍爾效應(yīng)技術(shù)《 br》 ROHM的霍爾效應(yīng)IC使用單個單片硅芯片和內(nèi)置電路，以提供額外的功能和易于連接。此外，ROHM不是一直使用的模擬輸出，而是率先在輸出端使用CMOS邏輯，以提供低功耗。今天，所有ROHM霍爾效應(yīng)開關(guān)都使用CMOS推挽邏輯來提供數(shù)字輸出，無需其他霍爾效應(yīng)開關(guān)中常見的單FET輸出所需的外部上拉電阻。 CMOS輸出直接連接到微控制器。圖6顯示了霍爾效應(yīng)元件以及所有ROHM霍爾效應(yīng)IC共用的附加電路，包括時序邏輯（SW），動態(tài)失調(diào)消除，放大，采樣和保持，比較器，振蕩器（OSC），鎖存和推挽輸出。 ROHM的一些霍爾效應(yīng)傳感器具有兩個推挽輸出，可實現(xiàn)更強(qiáng)大的功能。

采樣和保持電路可降低電池供電應(yīng)用的功耗。 ROHM的霍爾效應(yīng)IC通常具有50毫秒的采樣周期。如圖7所示，器件喚醒48-μs的磁場樣本，然后返回休眠狀態(tài)。因此，2.7 V應(yīng)用的典型工作電流僅為8μA，1.8 V工作時的典型工作電流甚至更低，僅為5μA。由于ROHM霍爾效應(yīng)IC專為電池供電應(yīng)用而設(shè)計，它們可以在低至1.65 V至3.3 V的電壓下工作。專為滾輪或軌跡球應(yīng)用而設(shè)計的雙極霍爾效應(yīng)IC具有更快的0.5 ms采樣周期。 br》

圖6：ROHM霍爾效應(yīng)元件的框圖。

圖7：每50 ms周期48μs的典型采樣時間將平均電流消耗降低至8μA ROHM霍爾效應(yīng)IC中的傳感元件和電路設(shè)計確保了高ESD（靜電放電）容差，在人體模型中測得的額定值高達(dá)8 kV。單片硅霍爾效應(yīng)傳感器的工作溫度范圍為-40°C至85°C，具有較高的磁通密度檢測穩(wěn)定性與溫度的關(guān)系。此外，許多型號具有高靈敏度，典型工作點為3.7 mT（設(shè)計用于1.8 V操作的IC為3.0 mT）。動態(tài)偏移消除消除了霍爾元件惠斯通電橋的差分，提高了精度，遲滯比較器提高了抗噪性能。

安裝面積為1.1 mm x 1.1 mm x 0.5 mm，ROHM的VCSP5OL1 CSP提供最小的霍爾效應(yīng)傳感器適用于要求最苛刻，空間有限的應(yīng)用。圖8顯示了與HVSOF5 SMT（表面貼裝）封裝相比的CSP。

圖8：ROHM的霍爾效應(yīng)IC采用表面貼裝HVSOF5封裝，占位面積僅為1.6 mm x 1.6 mm，采用更小的VCSP5OL1 1.1 mm方形芯片級封裝。

ROHM的霍爾效應(yīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為了為各種應(yīng)用提供合適的傳感器，ROHM霍爾效應(yīng)IC有四種不同的設(shè)計，如圖9a至9d所示。

單極器件僅檢測是否存在特定極性磁場。競爭霍爾效應(yīng)IC供應(yīng)商通常只提供這種類型的器件用于S極檢測。

圖9a：用于S極檢測的ROHM單極霍爾效應(yīng)IC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

ROHM提供N和S極版本。單極器件可提供最高的節(jié)能效果，但需要特別注意磁鐵的正確極性位置。

全極霍爾效應(yīng)IC可檢測兩個磁極，無需標(biāo)記磁鐵表面。

圖9b：ROHM的全極霍爾IC拓?fù)錂z測N極或S極。

極性鑒別全極霍爾效應(yīng)傳感器具有雙輸出，可識別N極和S極，因此可以檢測位置和方向。圖9c：ROHM的極性鑒別全極霍爾效應(yīng)IC開關(guān)具有雙輸出。

雙極（鎖定）操作霍爾效應(yīng)器件檢測交替極點，但如果未檢測到極點則不會改變狀態(tài)。最新的雙極設(shè)計BU52040HFV具有0.5 ms的響應(yīng)時間，比其他ROHM霍爾效應(yīng)傳感器快約100倍，可滿足數(shù)碼相機(jī)，移動電話，PDA或MP3播放器上的微動輪應(yīng)用要求。

圖9d：只有當(dāng)磁極反轉(zhuǎn)時，ROHM的雙極霍爾IC才會改變狀態(tài)。

未來產(chǎn)品中的霍爾效應(yīng)

雖然便攜式消費電子產(chǎn)品代表了霍爾效應(yīng)開關(guān)的快速增長市場，但它只是可以從該技術(shù)中受益的一個部分。白色家電行業(yè)經(jīng)常需要類似的功能，特別是門開/關(guān)指示。甚至汽車也可以利用方向盤位置/旋轉(zhuǎn)等應(yīng)用中的非接觸式傳感。雖然這些應(yīng)用的產(chǎn)品必須符合不同的規(guī)格，包括比消費產(chǎn)品更高的電壓操作，但它們是ROHM產(chǎn)品組合的計劃增加。最終，幾個行業(yè)將受益于使用小而靈敏的霍爾效應(yīng)IC。