锁存型霍尔效应开关集成电路基础知识

1、锁存型霍尔效应开关集成电路基础知识介绍：根据数字输出，霍尔效应集成器件可以分为四种：单极性开关双极性 开关，全极性开关和锁存型开关。本文主要来阐述锁存型开关。 锁存型霍尔效应传感器集成电路，通常是作为数字输出霍尔效应开 关，锁存输出状态。锁存型与双极性相似，有一个正极的BOP和一个负极的 BRP，但对开关状态转换的控制严格。锁存型工作时需要正负 磁场都有。 一个正的南极磁场会使器件处于导通状态。 器件打开之后， 器件将锁存这个状态，即使把磁场移走，器件也一直保持打开，直到 一个北极的负磁场的到来， 才能使它关断。 当北极磁场使它关断之后， 器件将锁存这个状态，即使把磁场移走，器件也将一直保持关

2、断，直 到下一个南极正磁场的到来，器件才能再次打开。图 1 两个锁存型器件与环形磁铁的应用。环形磁铁转动时，经过霍尔器件南北磁场转换，使器件打开或者关闭图 1 为器件应用于检测旋转轴的位置，将多个磁 铁组成一个简单的结构， 采用磁场极性交替 “环形磁铁” 封装好的 IC 与每个相邻的环形磁铁构成霍尔双极性开关器件。轴旋转时，磁场区 向霍尔元件移动。 器件是受到最近的磁场影响， 当与南极磁场相对时， 打开，当与北极磁场相对时，关闭。注意器件的打字面面向磁铁。磁场开关点的定义：B 为磁场强度，用来表示霍尔器件的开关点，单位是GS（高斯），或者 T（特斯拉），转换关系是 1GS=0.1mT。B 磁场

3、强度有南极和北极之分， 所以有必要记住它的代数关系，北极磁场为负数，南极磁场为正数。该关系可以比较南极北 极磁场的代数关系，磁场的相对强度是由 B 的绝对值表示，符号表示 极性。例如：一个 -100GS（北极）磁场和一个 100GS（南极）磁场的 强度是相同的，但是极性相反。 -100GS 的强度要高于 -50GS。 ? BOP 磁场工作点；使霍尔器件开关打开的磁场强度。器件输出的 参数取决于器件的电学设计。? BRP 磁场释放点；磁场减弱到使霍尔器件关断的磁场强度。器件 输出的参数取决于器件的电学设计。? BHYS 磁开关点滞回窗口。霍尔元件的传输功能利用开关点之间 的这个差值来过滤掉在应用

4、中可能由于机械振动或电磁噪声引起磁 场的小的波动值。 BHYS = | BOP - BRP |.典型工作状态锁存型霍尔传感器的开关点是关于 B=0 对称的， 如图 2 所示。开关点磁场的大小相同，极性相反。例如，如果工作点 是 +85GS（一般认为是南极磁场），那么释放点就是-85GS（一般认为是北极磁场）。锁存最新的状态，防止开关受薄弱磁场的影响。一个锁存型器件，在南极磁场下打开，输出一个 逻辑低电平（为输出管的饱和压降 Voutsat ，一般小于 200mV），在 北极磁场下关断，输出一个逻辑高电平（Vcc）。因为器件是锁存型的，所以在回差窗口 BOP与 BRP之间，器件的开关状态是不会改

5、变的。 因为在开关状态改变之前，必须经过磁场必须经过0GS，所以锁存型器件的回差窗口在比其他类型的霍尔器件要宽一些。器件在任何磁场下均可以上电， 通过图 2 说明初始在一个比 BOP和 BRP都要小的磁场下，器件关断，输出逻辑高电 平（ Vcc），随后，向右边的箭头，磁场逐渐变为正，当磁场大于BOP时，器件打开，输出状态翻转为低电平。如果磁场一直大于BRP，那么即使磁场小于 BOP，在 BHYS区，器件也将一直保持打开， 输出状态 不变。接着，箭头又回到左边，磁场强度又正变负， 磁场强度降低到 BRP以下时，器件将关断，输出回到初始状态。图 2 。锁存型开关的输出特性。大于 BOP，小于 BR

6、P 的磁场影响开关点切换，其他弱磁场不影响开关状态 磁铁一个磁铁可以提供两个相反的磁极，然而，用环形或者带状的磁铁更符合成本效益。 环形和带状磁铁可以指定间距的使磁极交替变换。一个环形磁铁是环型或圆盘状（见图1）径向或轴向磁极交替变化。带状磁铁是一个磁极交替变换的带状结构。环形磁 铁中包含了陶瓷， 稀土材料， 柔性材料。 带状磁铁总是利用柔性材料， 如丁腈橡胶粘合剂含有钡铁，或更高级的能源稀土材料。环形磁铁有许多的磁极，一般用（磁极 / 英寸） 来定义。一个 4 极环形磁铁包含两个南极两个北极（ N-S-N-S ），一 个 11 个磁极 / 英寸的条形磁铁在每间隔 0.0909 英寸就有一个磁

7、极交 换。极间距离可以从磁铁制造商那里得到。上拉电阻上拉电阻必须连接在电源和输出引脚之间 （ 见 图 3） ，上拉电阻的阻值一般是 1-10k 。最小上拉电阻是传感器最大 输出电流 （拉电流） 和电源的函数。 20mA是一个最大输出电流的典型 值，并在此情况下，最低可拉 VCC / 0.020 的负载。如果考虑消耗的 电流，上拉电阻可以增大到 50-100 k 。 注意：如果上拉电阻过大，那么即使外部的磁场是磁关断状态，电路 的输出也将是低电平。这并不是器件的问题，而是在与上拉电阻和传 感器 IC 的输出引脚间发生的电流泄露。严重的话，会使大幅降低芯 片的输出电压，使其失去逻辑功能。使用滤波电

8、容参考图 3 中滤波电容的摆放位置，一般来说：?对没有斩波稳定的设计来说，建议在输出和接地之间以及电源和接地之间分别放置一个 0.01 F的电容。?对于斩波稳定设计，必须在电源和地之间放置一个0.1 F 的电容，建议在输出和地面之间放置一个一个0.1 F 的电容。图 3 典型应用图上电状态在通电情况下，只有外部磁场大于BOP或者小于BRP的情况下，双极器件才能上电在一个有效的状态。如果磁场强度 是在迟滞带， BOP和 BRP之间，器件保持最初的状态，然后经过一个 开关点，达到第一个正确的状态。器件可以设计一个上电逻辑使器件 在开关点到达之前，一直处于关闭状态。上电时间上电时间某种程度上取决于器

9、件的设计，数字输出传感器 IC ，如双极器件， 达到初始稳定的上电时间如下： 有斩波放 大器设计的器件，上电时间 25us，没有斩波放大器设计的器件 4us。一般说来，在通电之后经历这段时间之前，器件的输出可能处 于一个不正确的状态，但是，经过这段时间之后，器件的输出肯定处 于一个正确的状态。功耗总功耗是两个因素的总和： ?消耗在器件上的功率，不包括在输出端的功率耗散。这个值的大小 是 Vcc 与电源电流 Icc 的乘积。 电源电压和电源电流已经在数据表中 被指定了。例如， Vcc=12V， Icc=9mA，功耗为 108 mW。 ?消耗在输出管上的功率， 它的大小是饱和导通电压 Vonsat 与输出电 流 Ion （由上拉电阻决定）的乘积。如果最坏情况下， Vonsat=0.4 ， Ion=20m