傳感的改進(jìn)對(duì)于提供智能手機(jī)，相機(jī)和游戲控制器等消費(fèi)設(shè)備所需的改善用戶體驗(yàn)至關(guān)重要，同時(shí)也需要充分發(fā)揮其潛力。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。在消費(fèi)者應(yīng)用程序中，需要具有多功能功能的智能按鈕來支持復(fù)雜的交互和基于手勢(shì)的控制。在物聯(lián)網(wǎng)中，感知微小移動(dòng)或位置差異的能力使控制器能夠?qū)Y產(chǎn)狀態(tài)做出準(zhǔn)確的推斷。例如，在用于智能建筑的安全系統(tǒng)中，基本傳感器可能能夠檢測(cè)窗口是否關(guān)閉，而更智能的傳感器可以通知系統(tǒng)窗口是鎖定還是解鎖。

線性與機(jī)械開關(guān)等替代品相比，霍爾效應(yīng)傳感器提供了實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜感測(cè)的手段，機(jī)械開關(guān)通常是計(jì)算機(jī)配件（如操縱桿或游戲控制器）中的現(xiàn)有技術(shù)。線性霍爾效應(yīng)傳感器提供非接觸式位置傳感解決方案，該解決方案高度可靠，便于設(shè)計(jì)。此外，與其他非接觸式傳感設(shè)備（如光學(xué)傳感器）相比，線性霍爾效應(yīng)器件不容易出錯(cuò)?？赡苁怯苫覊m或其他污染物遮擋光學(xué)窗口造成的。線性霍爾效應(yīng)傳感器已廣泛應(yīng)用于眾多工業(yè)應(yīng)用中，例如用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)閥的位置。

霍爾效應(yīng)和線性傳感器

霍爾效應(yīng)指的是當(dāng)磁場(chǎng)作用在導(dǎo)電材料中流動(dòng)的電流時(shí)，導(dǎo)體上產(chǎn)生的可測(cè)量電壓。該電壓與流過的電流和垂直于導(dǎo)體的磁通量成比例，如圖1所示。霍爾效應(yīng)傳感器IC集成了高增益放大和其他信號(hào)調(diào)理電路（如偏移消除），可在與其他邏輯或模擬電路兼容的電壓下生成代表檢測(cè)到的磁通量的輸出。

圖1：使用霍爾效應(yīng)傳感器IC感應(yīng)磁通量。

提供各種霍爾效應(yīng)器件：帶傳感器的傳感器通過在蓋子中嵌入小磁鐵，數(shù)字輸出可以用作筆記本電腦的開/關(guān)檢測(cè)等應(yīng)用中的接近開關(guān)。另一方面，線性霍爾效應(yīng)傳感器能夠產(chǎn)生與磁體距傳感器的距離成比例的模擬輸出。這種類型的傳感器可用于滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，以檢測(cè)移動(dòng)經(jīng)過傳感器的磁鐵的位置。例如，當(dāng)條形磁鐵移過傳感器時(shí)，輸出電壓隨磁通密度從磁鐵遠(yuǎn)離時(shí)的零變化到磁鐵北極附近的最大負(fù)磁通量而變化，當(dāng)磁鐵位于中心時(shí)磁通密度變?yōu)榱阄挥趥鞲衅魃戏?，由于靠近南極而達(dá)到最大值。隨著磁鐵繼續(xù)移動(dòng)，傳感器輸出向零移動(dòng)。

當(dāng)磁鐵朝向或遠(yuǎn)離傳感器的表面移動(dòng)時(shí)，線性裝置的另一主要操作模式是正面感應(yīng)。在這種情況下，當(dāng)磁體最靠近傳感器時(shí)，磁通量和輸出電壓從零變?yōu)樽畲笾?。圖2顯示了線性霍爾效應(yīng)傳感器IC的輸出電壓如何隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，因?yàn)榇朋w更靠近IC表面。

圖2：線性霍爾效應(yīng)器件的傳遞曲線。

功耗敏感的應(yīng)用

盡管霍爾效應(yīng)最初是在19 th 世紀(jì)，商業(yè)霍爾效應(yīng)傳感器IC最近已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，其中集成了低噪聲放大器和能夠產(chǎn)生可用輸出電壓的信號(hào)處理電路。隨后，霍爾效應(yīng)傳感器（包括線性設(shè)備）已廣泛用于工業(yè)接近和位置傳感任務(wù)，如液位傳感和閥門位置控制。

在消費(fèi)類便攜式設(shè)備中，線性霍爾效應(yīng)傳感器提供有機(jī)會(huì)引入使用傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)難以實(shí)現(xiàn)的額外功能，因?yàn)閭鞲衅鞑粌H可以檢測(cè)按鈕已被按下，而且還可以準(zhǔn)確地確定按鈕的位置。這允許在相機(jī)電話或數(shù)碼單反相機(jī)等設(shè)備中使用多功能按鈕，這些按鈕具有半按功能可自動(dòng)對(duì)焦，全按此按鈕可用于快門釋放。同樣，使用線性霍爾效應(yīng)傳感器可以讓游戲控制器的按鈕控制額外的功能或感知更復(fù)雜的玩家手勢(shì)。

另一方面，這些新興應(yīng)用對(duì)線性提出了更嚴(yán)格的要求?；魻栃?yīng)傳感器。特別是，超低功耗已成為確保先進(jìn)功能而不會(huì)影響電池壽命的絕對(duì)必要條件。例如，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常需要通過小型電池或能量收集系統(tǒng)自主運(yùn)行5年，10年甚至20年。由傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)傳感器吸取的少量毫安可能足以防止設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)所需的免維護(hù)使用壽命。就消費(fèi)電子產(chǎn)品而言，任何明顯的電池壽命縮短都可能會(huì)損害市場(chǎng)吸引力。

真正的微功率傳感器

在線性霍爾效應(yīng)傳感器可用于檢測(cè)按鈕位置的許多情況下，傳感器IC只需在位置短時(shí)間內(nèi)完全運(yùn)行信息是必需的。向IC引入電源管理有助于在不需要感應(yīng)時(shí)避免不必要的能耗。

某些傳感器（如二極管AH8500和AH8501）具有啟用引腳，允許主機(jī)控制操作模式。默認(rèn)情況下，內(nèi)部下拉使傳感器保持在睡眠模式，典型電流僅為8.9μA。將使能引腳驅(qū)動(dòng)為高電平會(huì)使器件進(jìn)入工作模式，默認(rèn)采樣頻率為6.25 kHz，典型電流消耗為1.16 mA?；蛘撸琍WM信號(hào)可用于設(shè)置高達(dá)7.14 kHz的自定義采樣率。

通過提供使能引腳，這些器件適用于各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如智能建筑安全或入口控制系統(tǒng)，其中有信號(hào)可用于激活傳感器。另一方面，諸如照相機(jī)，移動(dòng)設(shè)備和游戲終端之類的消費(fèi)者設(shè)備可能無法預(yù)測(cè)用戶何時(shí)可能按下按鈕，因此將無法將Enable引腳驅(qū)動(dòng)為高電平。然而，用戶期望瞬時(shí)響應(yīng)。對(duì)于這種類型的應(yīng)用，AH8502和AH8503默認(rèn)工作在微功率模式下，默認(rèn)采樣率為24 Hz，典型值僅為13μA。當(dāng)檢測(cè)到活動(dòng)時(shí)，傳感器可以在turbo模式下操作，并在需要時(shí)提高采樣率。提供一個(gè)控制引腳，允許系統(tǒng)將采樣速率調(diào)整到7.14 kHz的最大值，電流為1.16 mA。

增強(qiáng)電源管理，例如關(guān)閉模擬電路和ADC時(shí)閑置，并在循環(huán)之間應(yīng)用正在申請(qǐng)專利的節(jié)能技術(shù)，與其他低功耗線性霍爾效應(yīng)傳感器相比，這些器件可以在正常，睡眠和微功率模式下消耗更低的電流。

器件集成了信號(hào)調(diào)理電路，包括一個(gè)8位ADC和DAC，如圖3所示，因此可生成8位分辨率的模擬輸出，適用于各種物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)類應(yīng)用。

圖3：集成信號(hào)調(diào)理提供8位模擬分辨率。

對(duì)于需要高精度的應(yīng)用，AH8501（帶有使能引腳）和AH8503可用可選擇修剪輸出，確保精度靈敏度在±3％以內(nèi)。結(jié)合±3％的極低溫度系數(shù)，可確保最大靈敏度變化在±6％以內(nèi)。這明顯優(yōu)于價(jià)格接近的替代品的靈敏度準(zhǔn)確度，并且與目前市場(chǎng)上最昂貴的線性霍爾效應(yīng)傳感器相比是有利的。未經(jīng)修整的AH8500（帶有使能引腳）和AH8502的靈敏度精度在±15％以內(nèi)，并且可以靈活地在生產(chǎn)線上執(zhí)行校準(zhǔn)。

線性霍爾效應(yīng)傳感器通常可以集成I/O上的ESD保護(hù)，但提供的保護(hù)級(jí)別通常僅高達(dá)1 kV或2 kV。通過提供強(qiáng)大的保護(hù)，能夠承受高達(dá)6 kV的電壓，AH850x系列產(chǎn)品可以更好地抵抗生產(chǎn)過程中或最終用戶手中工廠所遇到的危險(xiǎn)。

增強(qiáng)的ESD保護(hù)可以減輕需要外部保護(hù)元件，這些元件具有降低材料成本和節(jié)省PCB空間等優(yōu)勢(shì)。除消費(fèi)者手機(jī)外，增強(qiáng)保護(hù)還允許這些設(shè)備用于家用電器，如咖啡機(jī)以及工業(yè)應(yīng)用。

結(jié)論

自從第一批商用IC進(jìn)入市場(chǎng)以來，霍爾效應(yīng)傳感器迅速普及，特別是在需要高可靠性，非接觸位置或接近檢測(cè)的工業(yè)應(yīng)用中。

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，以及消費(fèi)電子市場(chǎng)對(duì)改善用戶體驗(yàn)的持續(xù)需求，是兩大趨勢(shì)，現(xiàn)在為霍爾效應(yīng)傳感器提供了巨大的額外機(jī)會(huì)，特別是能夠支持多種復(fù)雜功能的線性傳感器功能按鈕。即使在某些微功率傳感器中，相對(duì)較高的功耗限制了這些器件的使用，但最新一代真正的微功率線性霍爾效應(yīng)傳感器現(xiàn)在能夠以可接受的低功耗實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的位置傳感。高精度，增強(qiáng)的集成ESD保護(hù)和操作靈活性進(jìn)一步提升了這些先進(jìn)設(shè)備的可用性。