线性霍尔效应传感器在物联网方面的应用

传感的改进对于提供智能手机，相机和游戏控制器等消费设备所需的改善用户体验至关重要，同时也需要充分发挥其潜力。物联网(IoT)。在消费者应用程序中，需要具有多功能功能的智能按钮来支持复杂的交互和基于手势的控制。在物联网中，感知微小移动或位置差异的能力使控制器能够对资产状态做出准确的推断。例如，在用于智能建筑的安全系统中，基本传感器可能能够检测窗口是否关闭，而更智能的传感器可以通知系统窗口是锁定还是解锁。

线性与机械开关等替代品相比，霍尔效应传感器提供了实现更复杂感测的手段，机械开关通常是计算机配件(如操纵杆或游戏控制器)中的现有技术。线性霍尔效应传感器提供非接触式位置传感解决方案，该解决方案高度可靠，便于设计。此外，与其他非接触式传感设备(如光学传感器)相比，线性霍尔效应器件不容易出错。可能是由灰尘或其他污染物遮挡光学窗口造成的。线性霍尔效应传感器已广泛应用于众多工业应用中，例如用于检测旋转阀的位置。

霍尔效应和线性传感器

霍尔效应指的是当磁场作用在导电材料中流动的电流时，导体上产生的可测量电压。该电压与流过的电流和垂直于导体的磁通量成比例，如图1所示。霍尔效应传感器IC集成了高增益放大和其他信号调理电路(如偏移消除)，可在与其他逻辑或模拟电路兼容的电压下生成代表检测到的磁通量的输出。

图1：使用霍尔效应传感器IC感应磁通量。

提供各种霍尔效应器件：带传感器的传感器通过在盖子中嵌入小磁铁，数字输出可以用作笔记本电脑的开/关检测等应用中的接近开关。另一方面，线性霍尔效应传感器能够产生与磁体距传感器的距离成比例的模拟输出。这种类型的传感器可用于滑动机构，以检测移动经过传感器的磁铁的位置。例如，当条形磁铁移过传感器时，输出电压随磁通密度从磁铁远离时的零变化到磁铁北极附近的最大负磁通量而变化，当磁铁位于中心时磁通密度变为零位于传感器上方，由于靠近南极而达到最大值。随着磁铁继续移动，传感器输出向零移动。

当磁铁朝向或远离传感器的表面移动时，线性装置的另一主要操作模式是正面感应。在这种情况下，当磁体最靠近传感器时，磁通量和输出电压从零变为最大值。图2显示了线性霍尔效应传感器IC的输出电压如何随着磁场强度的变化而变化，因为磁体更靠近IC表面。

图2：线性霍尔效应器件的传递曲线。

功耗敏感的应用

尽管霍尔效应最初是在19 th 世纪，商业霍尔效应传感器IC最近已经实现，其中集成了低噪声放大器和能够产生可用输出电压的信号处理电路。随后，霍尔效应传感器(包括线性设备)已广泛用于工业接近和位置传感任务，如液位传感和阀门位置控制。

在消费类便携式设备中，线性霍尔效应传感器提供有机会引入使用传统机械开关难以实现的额外功能，因为传感器不仅可以检测按钮已被按下，而且还可以准确地确定按钮的位置。这允许在相机电话或数码单反相机等设备中使用多功能按钮，这些按钮具有半按功能可自动对焦，全按此按钮可用于快门释放。同样，使用线性霍尔效应传感器可以让游戏控制器的按钮控制额外的功能或感知更复杂的玩家手势。

另一方面，这些新兴应用对线性提出了更严格的要求。霍尔效应传感器。特别是，超低功耗已成为确保先进功能而不会影响电池寿命的绝对必要条件。例如，物联网设备通常需要通过小型电池或能量收集系统自主运行5年，10年甚至20年。由传统霍尔效应传感器吸取的少量毫安可能足以防止设计人员实现所需的免维护使用寿命。就消费电子产品而言，任何明显的电池寿命缩短都可能会损害市场吸引力。

真正的微功率传感器

在线性霍尔效应传感器可用于检测按钮位置的许多情况下，传感器IC只需在位置短时间内完全运行信息是必需的。向IC引入电源管理有助于在不需要感应时避免不必要的能耗。

某些传感器(如二极管AH8500和AH8501)具有启用引脚，允许主机控制操作模式。默认情况下，内部下拉使传感器保持在睡眠模式，典型电流仅为8.9μA。将使能引脚驱动为高电平会使器件进入工作模式，默认采样频率为6.25 kHz，典型电流消耗为1.16 mA。或者，PWM信号可用于设置高达7.14 kHz的自定义采样率。

通过提供使能引脚，这些器件适用于各种物联网应用，例如智能建筑安全或入口控制系统，其中有信号可用于激活传感器。另一方面，诸如照相机，移动设备和游戏终端之类的消费者设备可能无法预测用户何时可能按下按钮，因此将无法将Enable引脚驱动为高电平。然而，用户期望瞬时响应。对于这种类型的应用，AH8502和AH8503默认工作在微功率模式下，默认采样率为24 Hz，典型值仅为13μA。当检测到活动时，传感器可以在turbo模式下操作，并在需要时提高采样率。提供一个控制引脚，允许系统将采样速率调整到7.14 kHz的最大值，电流为1.16 mA。

增强电源管理，例如关闭模拟电路和ADC时闲置，并在循环之间应用正在申请专利的节能技术，与其他低功耗线性霍尔效应传感器相比，这些器件可以在正常，睡眠和微功率模式下消耗更低的电流。

器件集成了信号调理电路，包括一个8位ADC和DAC，如图3所示，因此可生成8位分辨率的模拟输出，适用于各种物联网和消费类应用。

图3：集成信号调理提供8位模拟分辨率。

对于需要高精度的应用，AH8501(带有使能引脚)和AH8503可用可选择修剪输出，确保精度灵敏度在±3%以内。结合±3%的极低温度系数，可确保最大灵敏度变化在±6%以内。这明显优于价格接近的替代品的灵敏度准确度，并且与目前市场上最昂贵的线性霍尔效应传感器相比是有利的。未经修整的AH8500(带有使能引脚)和AH8502的灵敏度精度在±15%以内，并且可以灵活地在生产线上执行校准。

线性霍尔效应传感器通常可以集成I/O上的ESD保护，但提供的保护级别通常仅高达1 kV或2 kV。通过提供强大的保护，能够承受高达6 kV的电压，AH850x系列产品可以更好地抵抗生产过程中或最终用户手中工厂所遇到的危险。

增强的ESD保护可以减轻需要外部保护元件，这些元件具有降低材料成本和节省PCB空间等优势。除消费者手机外，增强保护还允许这些设备用于家用电器，如咖啡机以及工业应用。

结论

自从第一批商用IC进入市场以来，霍尔效应传感器迅速普及，特别是在需要高可靠性，非接触位置或接近检测的工业应用中。

物联网的出现，以及消费电子市场对改善用户体验的持续需求，是两大趋势，现在为霍尔效应传感器提供了巨大的额外机会，特别是能够支持多种复杂功能的线性传感器功能按钮。即使在某些微功率传感器中，相对较高的功耗限制了这些器件的使用，但最新一代真正的微功率线性霍尔效应传感器现在能够以可接受的低功耗实现复杂的位置传感。高精度，增强的集成ESD保护和操作灵活性进一步提升了这些先进设备的可用性。