关于霍尔效应传感器的11个神话

您将学到什么：

• 霍尔效应传感器和大厅元素之间的区别。
• 为什么霍尔效应传感器提供的不仅仅是开放和关闭信息。
• 霍尔效应传感器如何从扩展范围内检测磁场。

多年来，设计师在工业和汽车系统中使用了霍尔效应传感器来接近检测，线性位移测量，旋转编码和许多其他应用。随着时间的流逝，较高的系统性能需求推动了集成电路（IC）提供商，以提高灵敏度准确性，整合更多功能，提供不同的感应方向和降低功耗，从而扩展了未来几十年来使用Hall效应传感器。

本文将在适当的情况下研究有关霍尔效应传感器的常见误解和在现实世界中的领带。

1.霍尔效应传感器仅提供简单的关闭信息。

许多机电设计需要检测具有传感器的物体，该物体提供了一个简单的逻辑信号，表明其存在或不存在。一个例子是笔记本电脑盖的关闭和打开，表明何时打开或关闭电源。另一个例子是门和窗户传感器中的入侵事件。这些应用通常使用简单的霍尔效应开关，该开关一旦越过内部磁性阈值，就可以切换其输出电压。

尽管这些大厅效应开关非常有用，但它们并不是唯一可用的Hall效应传感器类型，而插件和线性设备也很常见。与开关相比，主要用于旋转编码的闩锁仅在与以前所经历的相反的磁性极性的情况下，才能切换其输出。

为了精确的位移测量，线性霍尔效应传感器是可取的，因为它们可以用高分辨率定义，其中对象相对于传感器。换句话说，它们提供的比开机和关闭信息更多。图1说明每种类型的传感器的传输函数，包括可用的变化。

2.线性大厅效应传感器不准确。

线性霍尔效应传感器无疑是提供可靠的磁性信息的成本效益的解决方案。此类传感器的用户知道这一事实，但经常考虑其他技术来满足其高准确性要求。

例如，在工业机器人技术中，移动武器必须与目标对象相关。使用高准确性，线性3D霍尔效应传感器，例如TMAG5170从德州仪器（TI）提供此类应用所需的精度（图2）。此外，该设备的高精度和低敏感性在温度下漂移可能消除了对系统级校准的需求。

3.霍尔效应传感器与大厅元素相同。

霍尔元素与霍尔效应传感器基本相同，这是不正确的。需要偏置电路和差分放大器的霍尔元件是产生可用电压所需的最基本结构。与霍尔效应传感器相反，霍尔元素并没有将所有支撑电路集成到一个包装中。

图3显示两种传感器的电路实现。霍尔元素通常用于准确性并不重要，成本非常重要的应用中，并且附近的差分放大器可最大程度地减少外部噪声耦合。此外，霍尔元素在温度上具有固有的非线性变化，而霍尔效应传感器具有内置补偿，以确保在-40至125°C的宽温度范围内进行稳定测量。

有关Hall效应传感器的更多信息，请参见TI E2E设计论坛文章：“什么是大厅效应的传感器？”

4.霍尔效应开关不是芦苇开关的有用替代品。

如今，在许多应用中，例如门和窗户传感器，芦苇开关仍然很普遍。在安全警报系统中使用芦苇开关的主要缺点是无法检测篡改事件。通过使用线性3D霍尔效应传感器，设计人员可以利用未用于检测此事件的活动测量的任何通道。

另一个例子是在冰箱门中控制确切的位置，内部光线打开或关闭。鉴于其紧密的阈值滞后规格，霍尔效应开关提供了一致的开放和关闭距离检测。

使用芦苇开关的第二个主要缺点是他们无法使用标准的印刷电路板（PCB）装配程序。这些设备必须将其手工焊接到板上，从而使组装过程变得复杂并增加了成本。表格1比较两种技术。

5. Hall效应传感器无法实现低功率解决方案。

While it’s true that some Hall-effect sensors consume current in the single-digit milliampere range, making them unsuitable for battery-operated applications, other Hall-effect switches support low sampling rates (5 Hz or less) and consume an average current less than 1 µA. These devices cycle between a high-power active measurement state and an ultra-low-power sleep state to achieve low power consumption. Because the active state (t_积极的）持续时间比睡眠间隔短得多（t_s），总平均电流消耗非常低（图4）。

6.霍尔效应传感器需要三根电线才能进行卸载。

市场上绝大多数霍尔效应传感器只有三个引脚-V_CC（电源），输出和GND（地面） - 因此，普遍认为必须将三根电线连接到传感器。这不是真的。如图所示图5，一个开放式，电压输出，三针大厅效应开关仅与两条线连接。

当感测磁场时，设备将通过GND引脚产生电流输出。如果未检测到字段，则设备的输出不会产生任何电流，进而通过GND引脚产生没有输出电流。请注意，确定电阻的逻辑状态需要一个模数转换器（ADC），该转换器可以集成到微控制器和外部电阻器中。这种配置的问题在于，它可以在嘈杂条件下产生无效的电压水平。

确保可靠的数据传输需要当前输出设备来减少或消除信号失真。这TMAG5124例如，是一种两针溶液，仅需要供电的电压和地面才能操作。图5显示如何通过使用GND引脚传输低水平或高级电流（均在Milliampere范围内）来实现设备。

7.使用霍尔效应传感器时，磁铁放置没有灵活性。

相对于传感器的磁体放置取决于许多因素 - 一些是系统级因素，而其他因素是传感器本身固有的。决定磁铁放置的外部系统因素主要是磁铁尺寸，磁铁材料类型和温度工作范围。磁铁越大，产生的磁场越大。

在使用最常见的磁铁中，北硼（NDFEB）磁体产生最强的磁场。因此，它们的尺寸通常较小。

选择磁铁时考虑加热也很重要，因为它通常会降低产生的磁场。

影响传感器特定的磁铁放置的主要因素涉及灵敏度水平，传感方向性（在平面上与平面相比），包装产品，板载的传感器数量以及可配置性。具有较高灵敏度的霍尔效应传感器可以检测到更远的磁铁。

大多数霍尔效应开关和闩锁检测到垂直于包装表面的磁场，但有些可以用包装水平检测（或平面）。一个很好的例子是TMAG5123，当不可能进行垂直位移时，它在设计方面提供了更大的机械灵活性。另一个示例是使用能够监视多个轴的2D双通道闩锁。您可以将它们几乎与磁铁相关的任何地方放置。

8.霍尔效应传感器对于测量角度没有用。

霍尔效应传感器在许多位移应用中很受欢迎，但它们也用于绝对角度测量。通过策略性地将两个关于旋转偶极磁铁的单轴线性霍尔效应传感器定位，每个传感器都拾取了与另一个传感器相同的磁场向量。有了这些信息，可以使用Arctangent函数轻松计算旋转磁铁的确切角度。

图6使用两种不同的软件包类型中的线性传感器显示两个实现。执行角度测量的另一种更优雅的方法是使用单个线性3D霍尔效应传感器（请参阅图6b用于各种配置）。要了解角度测量值，请查看Ti的“使用霍尔效应传感器的旋转运动的绝对角度测量“ 和 ”使用多轴线性霍尔效应传感器的角度测量。”

9.霍尔效应传感器的操作范围非常有限。

还有一些人认为，霍尔效应传感器的实际用途范围不佳，因为磁场在距离上呈指数衰减。但是，具有较高灵敏度的霍尔效应传感器可以从远距离远距离检测有用的磁场。

例如，以ti的DRV5032。表2显示了使用小型低成本铁氧体磁铁（12×12×6 mm）提供的所有设备变体的直接传感距离。Ti的最低敏感性DRV5032ZE可以检测到4.0至7.5毫米，而DRV5032FA版本的范围在18.7至44.6毫米之间。如果使用较强的相同大小的NDFEB级52磁铁，则该检测距离将增加到几乎3英寸。

10.只有TMR传感器可以进行平面内测量。

设计人员通常会考虑隧道磁路（TMR）传感器，因为它们具有高磁性灵敏度，高线性和低功耗。另外，TMR传感器可以用包装水平感知磁场（或在平面中）。当今可用的大多数霍尔效应传感器对垂直字段敏感，但少数人，例如TMAG5123，具有平面内感应能力。但是，使用霍尔效应传感器的一个优点是总系统成本较低。图7显示平面传感器的灵敏度方向性。请参阅TI申请简介，“感测磁场的平面与平面外。”

11.很容易使用霍尔效应传感器篡改系统。

确实如此 - 可以使用芦苇开关和基本霍尔效应开关对系统进行篡改。大型外部磁场可能会欺骗系统，以为一切正常工作。

解决此问题的一种好方法是使用线性3D霍尔效应传感器。一个轴监视预期磁体的存在，而其他两个通道检测到外部磁场。通过使用每个通道具有可配置磁性阈值的线性3D传感器，您可以在设置正确的“篡改检测”阈值方面具有更大的灵活性。在所示的示例中图8，一旦阈值越过，MCU就会收到一个中断信号。

结论

霍尔效应传感器的使用非常普遍，以至于我听到了一个新的应用程序，该应用程序在几乎每天都有新颖而有趣。我的期望是，这组神话将刺激您的下一代设计的想法。愿意分享您的？