霍爾效應開關和鎖存器是磁場比較器。它們將磁通密度（有時稱為 B 場）與一些預先指定的閾值進行比較，并將比較結果作為 1 位數(shù)字值輸出。數(shù)字（開/關）霍爾傳感器有四種不同類別：單極開關、雙極開關、全極開關和鎖存器。

我們將詳細研究每種類型的傳遞函數(shù)。但是，在此之前，我想澄清一個在我們的討論中常用的重要概念：磁通密度的極性。

我們?nèi)绾味x B 場的極性？

霍爾效應器件是有方向性的。它僅感測沿其敏感軸的磁通密度分量。圖 1 顯示了兩種常見霍爾器件封裝的靈敏度軸。

如果施加到設備的磁場在靈敏度軸方向上產(chǎn)生分量，則假定 B 場為正。如果磁場產(chǎn)生與靈敏度軸相反方向的分量，則假定該分量為負。圖 2 顯示了傳感器位置 (A) 處磁通密度具有負極性的示例。

圖2

在上面的例子中，我們假設設備靈敏度軸在z軸方向。由于磁體的磁力線從北極到南極，因此設備感測到的 B 場為負。

霍爾傳感器制造商還普遍使用有關 B 場極性的約定。他們認為磁鐵南極產(chǎn)生的磁場為正，北極產(chǎn)生的磁場為負。這是基于傳感器的標記面朝向磁鐵的假設。品牌面是傳感器的前表面，您可以在其中找到設備部件號等。考慮到圖 1 中所示的靈敏度軸，您可以驗證將磁體的南極呈現(xiàn)到傳感器的品牌面會產(chǎn)生敏感軸方向的磁場（正磁場）。同樣，北極會產(chǎn)生負磁場。如果我們將磁極置于傳感器封裝的背面（而不是封裝的品牌面），則上述約定將不再有效！

結束本次討論的一點是：許多霍爾器件都是一維的，并且僅沿一個敏感軸感應 B 場（如圖 1 所示）。然而，還有更復雜的傳感器 IC，它們采用多個霍爾元件來支持三個靈敏度軸（三維傳感器）?，F(xiàn)在，讓我們檢查不同類型的數(shù)字（開/關）霍爾器件的傳遞函數(shù)。

單極開關

單極開關的功能如圖 3 所示。

圖3

該器件被稱為單極開關，因為其開關閾值（B RP和B OP）位于B場軸的正區(qū)域。輸出狀態(tài)只能響應南極場而改變。北極或負磁場對傳感器沒有影響；解釋“單極開關”這個名稱。

讓我們看看該設備如何響應磁場的變化。假設向傳感器施加北極磁場，并且我們逐漸增加施加的磁場（使其更正）。當 B < B OP時，器件關閉且輸出為邏輯高電平。當施加的磁場變得比閾值 B OP更大（或更正）時，器件開啟并且輸出切換到相反狀態(tài)（邏輯低）。圖中藍色曲線顯示了 B 場增加的傳遞函數(shù)。

激活的設備如何響應減弱的磁場？對于減小的磁場，器件保持開啟狀態(tài)（邏輯低電平），直到施加的磁場變得小于 B RP。這如上圖中的紅色曲線所示。當 B < B RP時，器件關閉且輸出變?yōu)檫壿嫺唠娖健?/p>

因此，增加磁場的切換閾值不同于減少磁場的切換閾值。這種遲滯是特意設計的，目的是在輸出端實現(xiàn)干凈的切換。霍爾效應傳感系統(tǒng)中的機械振動以及電氣和電磁噪聲可能會將噪聲引入到傳感磁場中。閾值水平附近的 B 場噪聲可能會導致霍爾傳感器輸出出現(xiàn)不確定、快速變化的波動（圖 4）。通過使增加場和減少場的閾值稍微不同來消除這些不需要的波動。

圖 4.如果沒有遲滯，輸出可能在閾值附近不確定。

正如我們在上面看到的，單極開關的操作可以通過兩個不同的參數(shù)來描述：B OP和B RP。 B OP代表“磁操作點”或簡稱“操作點”。這表示磁場增加的閾值水平，超過該閾值傳感器就會打開。 B RP是“磁性釋放點”或簡稱“釋放點”。它表示磁場減弱的閾值水平。對于 B < B RP，設備關閉。遲滯由 B HYS表示，其計算公式為：

B HYS = B OP – B RP

我們將在下面討論類似的符號可用于描述其他類型的數(shù)字霍爾器件的操作。

請注意，根據(jù)傳感器電子設計，傳感器輸出的開和關狀態(tài)可能與圖 3 中所示的相反（設備關閉時邏輯低，設備開啟時邏輯高）。

全極開關

全極開關的傳遞函數(shù)如圖 5 所示。

圖5

全極開關在強正磁場或強負磁場下導通。如圖所示，當磁場強度大于 B OP (|B| > B OP ) 時，器件開啟且輸出變?yōu)檫壿嫷碗娖健．?B 場的強度變得小于 B RP (|B| < B RP ) 時，傳感器關閉且輸出變?yōu)檫壿嫺唠娖?。藍色曲線顯示 B 場從大負值變?yōu)榇笳禃r的傳感器輸出。紅色曲線顯示 B 場遞減的輸出。對于全極開關，正 B 場和負 B 場的工作點大小相同。類似地，南北極場的釋放點震級是相同的。

霍爾效應鎖存器

霍爾效應鎖存器的傳遞函數(shù)如圖 6 所示。

圖6

鎖存器裝置具有正B OP和負B RP。它在足夠大的正磁場 (B > B OP )時開啟，并在存在足夠強的北極磁場 (B < B RP ) 時關閉。器件滯后包括 B=0 周圍的區(qū)域，范圍從 BRP 到 B OP。我們知道器件在遲滯區(qū)域不會改變狀態(tài)。假設我們施加足夠強的正磁場來激活傳感器。如果我們移除這個磁場，設備將感應到 B=0 的磁場。盡管沒有向傳感器施加磁場，但它將保留其之前的狀態(tài)并保持開啟狀態(tài)。只有當我們施加相反極性的強場時，它才會改變狀態(tài)。當向傳感器施加弱磁場時 (B RP < B < B OP )，傳感器保留其先前產(chǎn)生的輸出。這就解釋了為什么這種霍爾器件被稱為鎖存器。

雖然單極或全極開關可以隨著所施加場的幅度變化而改變狀態(tài)，但鎖存器可以感測 B 場的極性（假設所施加的場具有足夠的強度）。在旋轉應用中，閂鎖通常與環(huán)形磁鐵一起使用，例如用于檢測旋轉軸的位置。

當軸旋轉時，感測磁場的極性發(fā)生變化，傳感器相應地打開/關閉。對于閂鎖裝置，操作點和釋放點大小相等，但極性相反 (B OP ≠ -B RP )。

雙極開關

對于雙極開關，我們只知道“”工作點和“”釋放點的值。然而，確切的閾值尚不清楚。因此，設備的具體操作可能會因單元而異。圖 8 顯示了一個示例，其中 B OP約為 300 高斯， B RP約為 -300 高斯。

圖 8.圖片由霍尼韋爾提供。

對于“設備1”，B OP和B RP均為負。對于“設備 3”，兩個閾值均為正值。另一個示例“設備 2”具有與鎖存器類似的響應。它具有正 B OP和負 B RP。盡管“設備 2”的傳遞函數(shù)類似于鎖存器的傳遞函數(shù)，但應注意，雙極開關的操作點和釋放點的大小可能不相等 (B OP - B RP )。

正如您所看到的，即使對于在同一批次中一起制造的相同類型的設備，也可以使用三種不同的傳遞函數(shù)。根據(jù) Allegro 的“雙極開關霍爾效應 IC 基礎知識”應用說明，只有約 10% 的雙極開關具有與“器件 1”和“器件 3”類似的傳遞函數(shù)。其余的具有鎖存型響應。與鎖存器件相比，雙極開關可以提供更窄的滯后區(qū) (B HYS = B OP – B RP )，因此具有更高的靈敏度。然而，由于雙極開關的操作模式可能會因單元而異，因此我們需要確保系統(tǒng)對于 B OP和 B RP的所有可能值（在指定的范圍限制內(nèi)）都能正常運行。