第二章 单极性霍尔传感器开关.doc

单极性霍尔传感器开关 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。本文主要来阐述单极性开关。 单极性霍尔传感器开关又被称作单极性开关，在强的南磁场作用下，打开。一个足够强度的南极磁场令器件打开，处于导通状态之后，器件将一直处于导通状态，直到磁场被移走，器件变为关断状态。一个用来检测车辆换挡杆位置的应用，如图1.换挡杆引用一个磁铁（红色蓝色缸）。黑盒子组成的黑色的线是一个全极性开关器件组成的阵列。当驾驶员移动换挡杆，磁铁便会在阵列当中移动。靠近磁铁的器件会打开处于导通状态，但是更多远离磁铁的器件是不受影响的，是关断的。请注意，磁铁的南极（红色）面向霍尔器件，霍尔器件的商标面朝向磁铁的南极。 图1 一个单极性开关的应用。超小型的霍尔开关， 换挡的时候，磁铁在他们之间移动???????? ? 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；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 单极性器件的输出特性曲线如图2。 在相同的磁场条件下，单极性器件在打开的时候，输出高电平（图2A）（几乎达到Vcc），还是低电平（图2B）（输出管的Vout，一般小于200mV），取决于器件输出级的设计。 虽然器件可以在任何外部磁场强度的状态下开机，但是为了解释图2由存在北极磁场强度远B小于南极的Bop和Brp的最远的左边开始，此时器件关断，输出为高电平或者低电平取决于器件输出级的设计（图2A或者图2B）。 按着向右的箭头走，磁场变为逐渐增加的南极磁场，当磁场强度大于Bop时，器件导通，输出转换为相反的状态。当磁场一直大于Brp时，器件一直保持导通，输出状态不变，即使磁场小于Bop但在Bhys区域内时，输出仍然不变。 再按着向左的箭头往回走，当南极磁场越来越弱，当磁场强度减弱到小于Brp时，器件关断，输出状态转换回初始状态。 上拉电阻 上拉电阻必须连接在电源和输出引脚之间，上拉电阻的阻值一般是1-10kΩ。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 kΩ。 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。 使用滤波电容 参考图3中滤波电容的摆放位置，一般来说： ?对于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0.01μF的电容。 ?对于斩波稳定设计，必须在电源和地之间放置一个0.1μF的电容，建议在输出和地面之间放置一个一个0.1μF的电容。 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