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霍尔效应传感器将开关变成智能装置
发布时间:2018-07-30    文章来源:    浏览次数:325

线性霍尔开关效应传感器能为消费者技能与物联网运用带来高价值的效益,但还必须大幅下降耗电量,以满意设备规划人员与终端运用者的期许。  

简介:进步感测功率为前进的要害  

进步感测功率是改进运用者体会的要害,方得以满意智能型手机、相机和游戏操控器等消费性设备的需求,一起让物联网(IoT)发挥完好潜力。对消费性运用来说,具有多重功用的智能按钮更是支撑杂乱互动与手势型操控不行或缺的组件。别的就IoT方面,操控器则要能感测出纤细的移动或方位差异,才干精确推估财物设备的状况。以智能大楼内的保全体系为例,根本传感器能侦测窗户是否关上,而更具智能的传感器则能让体系得知窗户是否上锁。  

线性霍尔效应传感器供给比机械开关等代替计划更为细腻的感测方法,机械开关为现在常见于游戏杆或游戏操控器等计算机配件内的技能。线性霍尔效应传感器供给非触摸式方位感测解决计划,高度牢靠,便利参加规划。相较于光学传感器等其他非触摸式感测设备,线性霍尔效应设备更不容易发生光学窗口因尘埃或其他污染物而含糊所形成的过错。线性霍尔效应传感器已广泛用于多种工业运用上,像是用来感测旋转阀的方位等。  

霍尔效应与线性传感器  

霍尔效应系指当传导资料放置在一个磁场内,且有电流通过期,导体发生可测量电压的现象。此电压与通过的电流及笔直导体的磁通量成正比,如图1所示。霍尔效应传感器IC整合高增益放大和其他信号调理电路,例如偏移消除,以与其他逻辑或模仿电路的电压兼容,发生可以表明所侦测之磁通量的输出。  

现在有许多霍尔效应设备:具稀有字输出的传感器可用作近位感应开关,用于像是笔记本电脑的开/关侦测(在上盖嵌入一块小磁铁)等运用。另一方面,线性霍尔效应传感器可以发生模仿输出,且输出与磁铁和传感器之间的间隔成正比。这类传感器可用于滑过组织,用来侦测磁铁通过传感器旁的方位。例如,当磁铁条通过传感器时,输出电压将随通量密度的改变而改变,通量密度于磁铁在远处时为零,磁铁挨近N极时为最大负通量,磁铁位在传感器中心时为零,挨近S极时为最大正通量。磁铁继续移动通过,传感器的输出挨近零。  

线性设备的其它首要操作形式为迎头感测,磁铁往传感器外表挨近或远离。在此情况下,磁通量及输出电压从零开始,于磁铁最挨近传感器时变为最大。图2显现线性霍尔效应传感器IC的输出电压如安在磁铁挨近IC外表时随磁场强度改变。  

霍尔效应最早发现于19世纪,但商用霍尔效应传感器IC一直到最近才推出,这些设备一起还整合了低噪声放大器和发生可用输出电压的信号处理电路。霍尔效应传感器(包含线性设备)直到最近才广泛运用于工业的近位与方位感测作业,像是液位感测和阀方位操控等。  

运用于消费性便携设备上时,线性霍尔效应传感器则有时机参加额定的功用,像是运用传统机械开关难以履行的功用,由于传感器除了能侦测按钮何时按下,也能精确判别按钮的方位。如此一来,设备便能整合多功用按钮,像是照相手机或数字单反相机的按钮,半按可主动对焦,全按则开释快门。同样地,线性霍尔效应传感器也能让游戏操控器的按钮操控额定的功用或感测更多杂乱的玩家手势。  

另一方面,这些新式运用也对线性霍尔效应传感器提出更苛刻的要求。其间以超低耗电量最为重要,除了保证高阶功用的运作,还要防止缩短电池运用寿命。举例来说,IoT设备一般需求主动运作长达5年、10年或乃至20年,且只靠一颗小电池或动力收集体系供电。传统霍尔效应传感器的耗电量虽然只稀有毫安,却足以使规划人员无法到达运作期间毕生免保护的要求。就消费性电子产品来说,电池运用寿命有任何显着减损,都可能损害到商场销售量。  

全微功率传感器  

针对线性霍尔效应传感器可用来侦测按钮方位的许多情况下,传感器IC只需求在要获得方位信息时时间短地完好运作。将电源办理整合到IC,有助于在不需履行感测功用时防止不必要的动力耗费。  

像是DiodesAH8500和AH8501等部分传感器具有Enable脚位,可让主机操控操作形式。依据预设,内部下拉电阻会让传感器保持在休眠形式下,此刻典型耗费电流仅8.9?A。在Enable脚位驱动高电位,设备便进入启用形式,以默许的取样频率6.25kHz运作,此刻典型耗费电流为1.16mA。或许,可用PWM信号设定高达7.14kHz的自定义取样率。  

参加Enable脚位后,这些设备极合适用于各种使用信号来发动传感器的IoT运用,像是智能大楼保全或门禁体系。另一方面,相机、手机和游戏终端机等消费性设备则无法预期用户何时会按下按钮,因而无法驱动Enable脚位的高电位。这些情况下,运用者需求的是当即的呼应。运用于这类运用时,AH8502和AH8503默许以微功率形式运作,默许取样率24Hz下的典型耗电量仅13?A。侦测到活动时,传感器便以Turbo形式运作,还能视需求进步取样率。设备具有Control脚位,体系可透过此脚位将取样率调整至最高7.14kHz,此刻耗电量最高为1.16mA。  

这些设备具有更强化的电源办理,像是在搁置时封闭模仿电路和ADC,并在周期之间套用申请专利中的省电技巧,因而不管在正常、休眠及微功率形式下,其耗费电流均比代替的低功耗线性霍尔效应传感器要低许多。  

这些设备整合信号调理电路,包含8位的ADC与DAC,如图3所示,可发生8位分辨率的模仿输出,适用于各种IoT与消费性运用。  

针对需求高精确度的运用,AH8501(具Enable脚位)与AH8503还有可调整输出的选项,保证精确度灵敏度保持在±3%内。加上设备具有十分低的温度系数±3%,保证灵敏度变异最大不超越±6%。这些设备的灵敏度精确度比价格适当的代替计划优异许多,与现在市面上价格高出许多的线性霍尔效应传感器比较也更为有利。不行调整的AH8500(具有Enable脚位)与AH8502的灵敏度精确度在±15%内,但可弹性在出产在线履行校对。  

线性霍尔效应传感器大多会将ESD防护整合于I/O,但供给的防护层级一般最高只要1kV或2kV。AH850x具有强化的防护等级,可耐受最高6kV,对厂房内出产期间或终端运用者运用时遇到损害的抗扰性更为优异。  

具有强化的ESD防护,便可省下外部防护组件,有助于下降物料列表本钱,并削减电路板占用空间。这些设备进步防护等级后,也能用在咖啡机等家电,以及工业运用和消费性举动设备上。  

定论  

自榜首块商用IC面世后,霍尔效应传感器敏捷成为商场宠儿,尤其是在需求高牢靠度、非触摸式方位或近位侦测的工业运用。  

IoT的鼓起,加上消费性电子设备商场对改进用户体会的需求不断添加,这两股趋势为霍尔效应传感器带来额定的生长商机,特别是可以支撑杂乱功用(例如多功用按钮)的线性传感器。相对较高的耗电量,乃至是某些微功率传感器,使这些设备的运用范围遭到限制,但现在最新一代的全微功率线性霍尔效应传感器推出后,要在可接受的低耗电量下履行杂乱的方位感测则成为可能。结合高精确度、强化整合式ESD防护及操作弹性后,这些先进设备的运用范围得以大幅延伸。

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