鎖存型霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)集成電路基礎(chǔ)知識(shí)

1、鎖存型霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)集成電路基礎(chǔ)知識(shí)介紹：根據(jù)數(shù)字輸出，霍爾效應(yīng)集成器件可以分為四種：?jiǎn)螛O性開(kāi)關(guān)雙極性 開(kāi)關(guān)，全極性開(kāi)關(guān)和鎖存型開(kāi)關(guān)。本文主要來(lái)闡述鎖存型開(kāi)關(guān)。 鎖存型霍爾效應(yīng)傳感器集成電路，通常是作為數(shù)字輸出霍爾效應(yīng)開(kāi) 關(guān)，鎖存輸出狀態(tài)。鎖存型與雙極性相似，有一個(gè)正極的BOP和一個(gè)負(fù)極的 BRP，但對(duì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制嚴(yán)格。鎖存型工作時(shí)需要正負(fù) 磁場(chǎng)都有。 一個(gè)正的南極磁場(chǎng)會(huì)使器件處于導(dǎo)通狀態(tài)。 器件打開(kāi)之后， 器件將鎖存這個(gè)狀態(tài)，即使把磁場(chǎng)移走，器件也一直保持打開(kāi)，直到 一個(gè)北極的負(fù)磁場(chǎng)的到來(lái)， 才能使它關(guān)斷。 當(dāng)北極磁場(chǎng)使它關(guān)斷之后， 器件將鎖存這個(gè)狀態(tài)，即使把磁場(chǎng)移走，器件也將一直保持關(guān)

2、斷，直 到下一個(gè)南極正磁場(chǎng)的到來(lái)，器件才能再次打開(kāi)。圖 1 兩個(gè)鎖存型器件與環(huán)形磁鐵的應(yīng)用。環(huán)形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)霍爾器件南北磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換，使器件打開(kāi)或者關(guān)閉圖 1 為器件應(yīng)用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)軸的位置，將多個(gè)磁 鐵組成一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)， 采用磁場(chǎng)極性交替 “環(huán)形磁鐵” 封裝好的 IC 與每個(gè)相鄰的環(huán)形磁鐵構(gòu)成霍爾雙極性開(kāi)關(guān)器件。軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場(chǎng)區(qū) 向霍爾元件移動(dòng)。 器件是受到最近的磁場(chǎng)影響， 當(dāng)與南極磁場(chǎng)相對(duì)時(shí)， 打開(kāi)，當(dāng)與北極磁場(chǎng)相對(duì)時(shí)，關(guān)閉。注意器件的打字面面向磁鐵。磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)點(diǎn)的定義：B 為磁場(chǎng)強(qiáng)度，用來(lái)表示霍爾器件的開(kāi)關(guān)點(diǎn)，單位是GS（高斯），或者 T（特斯拉），轉(zhuǎn)換關(guān)系是 1GS=0.1mT。B 磁場(chǎng)

3、強(qiáng)度有南極和北極之分， 所以有必要記住它的代數(shù)關(guān)系，北極磁場(chǎng)為負(fù)數(shù)，南極磁場(chǎng)為正數(shù)。該關(guān)系可以比較南極北 極磁場(chǎng)的代數(shù)關(guān)系，磁場(chǎng)的相對(duì)強(qiáng)度是由 B 的絕對(duì)值表示，符號(hào)表示 極性。例如：一個(gè) -100GS（北極）磁場(chǎng)和一個(gè) 100GS（南極）磁場(chǎng)的 強(qiáng)度是相同的，但是極性相反。 -100GS 的強(qiáng)度要高于 -50GS。 ? BOP 磁場(chǎng)工作點(diǎn)；使霍爾器件開(kāi)關(guān)打開(kāi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。器件輸出的 參數(shù)取決于器件的電學(xué)設(shè)計(jì)。? BRP 磁場(chǎng)釋放點(diǎn)；磁場(chǎng)減弱到使霍爾器件關(guān)斷的磁場(chǎng)強(qiáng)度。器件 輸出的參數(shù)取決于器件的電學(xué)設(shè)計(jì)。? BHYS 磁開(kāi)關(guān)點(diǎn)滯回窗口?；魻栐膫鬏敼δ芾瞄_(kāi)關(guān)點(diǎn)之間 的這個(gè)差值來(lái)過(guò)濾掉在應(yīng)用

4、中可能由于機(jī)械振動(dòng)或電磁噪聲引起磁 場(chǎng)的小的波動(dòng)值。 BHYS = | BOP - BRP |.典型工作狀態(tài)鎖存型霍爾傳感器的開(kāi)關(guān)點(diǎn)是關(guān)于 B=0 對(duì)稱的， 如圖 2 所示。開(kāi)關(guān)點(diǎn)磁場(chǎng)的大小相同，極性相反。例如，如果工作點(diǎn) 是 +85GS（一般認(rèn)為是南極磁場(chǎng)），那么釋放點(diǎn)就是-85GS（一般認(rèn)為是北極磁場(chǎng)）。鎖存最新的狀態(tài)，防止開(kāi)關(guān)受薄弱磁場(chǎng)的影響。一個(gè)鎖存型器件，在南極磁場(chǎng)下打開(kāi)，輸出一個(gè) 邏輯低電平（為輸出管的飽和壓降 Voutsat ，一般小于 200mV），在 北極磁場(chǎng)下關(guān)斷，輸出一個(gè)邏輯高電平（Vcc）。因?yàn)槠骷擎i存型的，所以在回差窗口 BOP與 BRP之間，器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是不會(huì)改

5、變的。 因?yàn)樵陂_(kāi)關(guān)狀態(tài)改變之前，必須經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)必須經(jīng)過(guò)0GS，所以鎖存型器件的回差窗口在比其他類(lèi)型的霍爾器件要寬一些。器件在任何磁場(chǎng)下均可以上電， 通過(guò)圖 2 說(shuō)明初始在一個(gè)比 BOP和 BRP都要小的磁場(chǎng)下，器件關(guān)斷，輸出邏輯高電 平（ Vcc），隨后，向右邊的箭頭，磁場(chǎng)逐漸變?yōu)檎?，?dāng)磁場(chǎng)大于BOP時(shí)，器件打開(kāi)，輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為低電平。如果磁場(chǎng)一直大于BRP，那么即使磁場(chǎng)小于 BOP，在 BHYS區(qū)，器件也將一直保持打開(kāi)， 輸出狀態(tài) 不變。接著，箭頭又回到左邊，磁場(chǎng)強(qiáng)度又正變負(fù)， 磁場(chǎng)強(qiáng)度降低到 BRP以下時(shí)，器件將關(guān)斷，輸出回到初始狀態(tài)。圖 2 。鎖存型開(kāi)關(guān)的輸出特性。大于 BOP，小于 BR

6、P 的磁場(chǎng)影響開(kāi)關(guān)點(diǎn)切換，其他弱磁場(chǎng)不影響開(kāi)關(guān)狀態(tài) 磁鐵一個(gè)磁鐵可以提供兩個(gè)相反的磁極，然而，用環(huán)形或者帶狀的磁鐵更符合成本效益。 環(huán)形和帶狀磁鐵可以指定間距的使磁極交替變換。一個(gè)環(huán)形磁鐵是環(huán)型或圓盤(pán)狀（見(jiàn)圖1）徑向或軸向磁極交替變化。帶狀磁鐵是一個(gè)磁極交替變換的帶狀結(jié)構(gòu)。環(huán)形磁 鐵中包含了陶瓷， 稀土材料， 柔性材料。 帶狀磁鐵總是利用柔性材料， 如丁腈橡膠粘合劑含有鋇鐵，或更高級(jí)的能源稀土材料。環(huán)形磁鐵有許多的磁極，一般用（磁極 / 英寸） 來(lái)定義。一個(gè) 4 極環(huán)形磁鐵包含兩個(gè)南極兩個(gè)北極（ N-S-N-S ），一 個(gè) 11 個(gè)磁極 / 英寸的條形磁鐵在每間隔 0.0909 英寸就有一個(gè)磁

7、極交 換。極間距離可以從磁鐵制造商那里得到。上拉電阻上拉電阻必須連接在電源和輸出引腳之間 （ 見(jiàn) 圖 3） ，上拉電阻的阻值一般是 1-10k 。最小上拉電阻是傳感器最大 輸出電流 （拉電流） 和電源的函數(shù)。 20mA是一個(gè)最大輸出電流的典型 值，并在此情況下，最低可拉 VCC / 0.020 的負(fù)載。如果考慮消耗的 電流，上拉電阻可以增大到 50-100 k 。 注意：如果上拉電阻過(guò)大，那么即使外部的磁場(chǎng)是磁關(guān)斷狀態(tài)，電路 的輸出也將是低電平。這并不是器件的問(wèn)題，而是在與上拉電阻和傳 感器 IC 的輸出引腳間發(fā)生的電流泄露。嚴(yán)重的話，會(huì)使大幅降低芯 片的輸出電壓，使其失去邏輯功能。使用濾波電

8、容參考圖 3 中濾波電容的擺放位置，一般來(lái)說(shuō)：?對(duì)沒(méi)有斬波穩(wěn)定的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，建議在輸出和接地之間以及電源和接地之間分別放置一個(gè) 0.01 F的電容。?對(duì)于斬波穩(wěn)定設(shè)計(jì)，必須在電源和地之間放置一個(gè)0.1 F 的電容，建議在輸出和地面之間放置一個(gè)一個(gè)0.1 F 的電容。圖 3 典型應(yīng)用圖上電狀態(tài)在通電情況下，只有外部磁場(chǎng)大于BOP或者小于BRP的情況下，雙極器件才能上電在一個(gè)有效的狀態(tài)。如果磁場(chǎng)強(qiáng)度 是在遲滯帶， BOP和 BRP之間，器件保持最初的狀態(tài)，然后經(jīng)過(guò)一個(gè) 開(kāi)關(guān)點(diǎn)，達(dá)到第一個(gè)正確的狀態(tài)。器件可以設(shè)計(jì)一個(gè)上電邏輯使器件 在開(kāi)關(guān)點(diǎn)到達(dá)之前，一直處于關(guān)閉狀態(tài)。上電時(shí)間上電時(shí)間某種程度上取決于器

9、件的設(shè)計(jì)，數(shù)字輸出傳感器 IC ，如雙極器件， 達(dá)到初始穩(wěn)定的上電時(shí)間如下： 有斬波放 大器設(shè)計(jì)的器件，上電時(shí)間 25us，沒(méi)有斬波放大器設(shè)計(jì)的器件 4us。一般說(shuō)來(lái)，在通電之后經(jīng)歷這段時(shí)間之前，器件的輸出可能處 于一個(gè)不正確的狀態(tài)，但是，經(jīng)過(guò)這段時(shí)間之后，器件的輸出肯定處 于一個(gè)正確的狀態(tài)。功耗總功耗是兩個(gè)因素的總和： ?消耗在器件上的功率，不包括在輸出端的功率耗散。這個(gè)值的大小 是 Vcc 與電源電流 Icc 的乘積。 電源電壓和電源電流已經(jīng)在數(shù)據(jù)表中 被指定了。例如， Vcc=12V， Icc=9mA，功耗為 108 mW。 ?消耗在輸出管上的功率， 它的大小是飽和導(dǎo)通電壓 Vonsat 與輸出電 流 Ion （由上拉電阻決定）的乘積。如果最壞情況下， Vonsat=0.4 ， Ion=20m