霍爾效應的檢驗

霍爾效應傳感器根據(jù)磁場改變其輸出電壓?；魻栃骷米鹘咏鼈鞲衅饕约岸ㄎ?、速度和電流檢測。它們廣泛用于電機控制系統(tǒng)?；魻栃獋鞲衅魇且环N持久的解決方案，因為沒有機械部件會隨著時間的推移而磨損。集成包減少了系統(tǒng)的大小和實現(xiàn)的相對復雜性。憑借多種可用于計算位置、速度和電流感測的技術(shù)解決方案，設計人員可以選擇最佳選項來實現(xiàn)他們的目標。影響設計決策的關(guān)鍵要素包括成本、分辨率、精度、可靠性和上市時間要求。

霍爾效應的檢驗

霍爾效應是當流過導體（或半導體）的電流受到磁場影響時，通過導體（或半導體）的可測量電壓。在這些條件下，由于洛倫茲（電磁力）和電力的平衡，會產(chǎn)生與施加的電流垂直的橫向電壓。磁場會影響導體（或半導體）內(nèi)部流動的移動電荷。圖 1 顯示了在磁場中穿過半導體的電荷會發(fā)生什么。運動中的電子 (q) 受到朝向?qū)w一側(cè)的磁力，在另一側(cè)留下凈正電荷。這種電荷分離會產(chǎn)生一個電壓，稱為霍爾電壓。

霍爾電壓 (Vh) 垂直于電流流動方向，由下式表示：

其中 J 是電流密度，Bz 是沿 z 方向的磁場，w 是圖 1 中的物理尺寸，Rh 是霍爾常數(shù)，如果多數(shù)載流子是電子，則為負值，如果多數(shù)載流子為正值載體是孔。載體速度是統(tǒng)計測量的結(jié)果，磁場的非線性效應可以改變實驗獲得的結(jié)果。因此，常數(shù)中包含一個修正項rh，通常取1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區(qū)分沿一個方向移動的正電荷和沿相反方向移動的負電荷?；魻栃骷a(chǎn)生淺信號電平，因此需要放大級。許多設備將傳感器芯片和高增益放大器電路集成到單個封裝中。

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塊中的每一個。

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)已經(jīng)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，線性設備可以與微處理器結(jié)合使用。線性設備提供絕對模擬位置作為來自霍爾元件的磁場變化的函數(shù)，而微處理器中的搜索算法解釋磁體的位置。選擇的線性設備取決于所需的精度?？赡苄园▉碜?Allegro 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) 與傳統(tǒng)的平面霍爾效應技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出可以在單個晶圓上進行二維感應的設備。Allegro 的 A1262 和 APS12626 輸出檢測到的正交信號，用于進一步處理以確定目標速度和方向（圖 3）。

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審核編輯 ：李倩