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采用霍尔传感器

采用霍尔传感器

Shaun Milano, All雷竞技竞猜下载egro MicroSystems

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摘要

雷竞技竞猜下载Allegro MicroSystems是开发、制造和销售高性能霍尔效应传感器集成电路的全球领导者。本说明提供了霍尔效应的基本理解，以及Allegro如何在封装半导体单片集成电路中设计和实现霍尔技术。

霍尔效应原理

霍尔效应是以埃德温·霍尔的名字命名的，他在1879年发现，当磁场沿垂直于导电板平面的方向穿过导电板时，就会产生电压势，如图1的下面板所示。

霍尔效应背后的基本物理原理是洛伦兹力，在图1的上面的面板中说明了这一点。当一个电子沿着垂直于外加磁场B的方向v移动时，它会受到一个力F，洛伦兹力，这个力与外加磁场和电流都是垂直的。

图1。霍尔效应和洛伦兹力。霍尔效应传感器，霍尔传感器。

图1。霍尔效应和洛伦兹力。蓝色箭头B表示垂直穿过导电板的磁场。

在这个力的作用下，电子沿着导体的曲线路径移动，一个净电荷，因此一个电压，在平板上形成。霍尔电压VH，则服从下式，即VH与外加场强成正比，VH是由施加磁场的方向决定的，或北或南。利用这一特性，霍尔效应被用作磁传感器。

方程1

地点:

  • VH为导电板上的霍尔电压，
  • I是通过平板的电流，
  • Q是载流子的电荷大小，
  • ρn是单位体积的载流子数，和
  • T是平板的厚度。

Allegro半导体集成电路集成了霍尔元件，因为霍尔效应适用于导电板和半导体板。通过在完全集成的单片集成电路中使用霍尔效应，可以测量磁场强度，并为许多不同的应用创建大量霍尔效应集成电路。雷竞技最新网址

阿莱格罗霍尔开关是由南极产生的正磁场激活的。正场将打开输出晶体管，并将输出连接到地，充当有源低器件。

激活器件和打开输出晶体管所需的磁场称为磁作用点，缩写为B人事处．当磁场被移除时，输出晶体管被关闭。一旦设备被激活，关闭该设备所需的磁场称为磁释放点(B)RP．B的区别人事处和BRP称为迟滞，用于防止开关因噪声而反弹。

Allegro还生产磁性锁存器和线性设备。磁锁开关与南极(B人事处)，并与一个北极开关(BRP)．需要一个北极来关闭锁存将锁存与简单的开关分开。因为当字段被移除时，它们不会关闭，它们“锁住”当前状态的输出，直到应用相反的字段。锁存器用于感应旋转磁铁，用于电机换向或速度感应。

线性器件具有模拟输出，用于线性编码器中的线性位置感知，如汽车油门踏板位置传感器。它们有一个比率输出电压，名义上是VCC当不应用字段时为/ 2。在有南极存在的情况下，输出将向V方向移动CC在北极存在的情况下，输出将向地的方向移动。Allegro有广泛的霍尔开关，锁存器和线性设备，适用于各种各样的应用。雷竞技最新网址请参考Allegro的产品选择指南:raybet网投 ，raybet56 ，raybet投注 ,raybet吧 ．

运用霍尔效应

Allegro霍尔效应集成电路(IC)利用霍尔效应，将霍尔元件与其他电路(如运算放大器和比较器)结合，制成磁激活开关和模拟输出器件。一个简单的霍尔开关，如图2所示的开放式NMOS器件，可以用来确定磁铁是否存在，并以数字输出响应。

一个简单的霍尔效应开关IC框图

图2。一个简单的霍尔效应开关IC框图

集成电路是一种电子结构，它具有大量高密度的电路元件，被视为一个单一单元。电路元件包括有源元件，如晶体管和二极管，以及无源元件，如电阻、电容器和电感。这些元件由金属(通常是铝)相互连接，组成设备中更复杂的运算放大器和比较器。图2中的霍尔开关仅用于一个简单的说明，但这些组件被用于所有Allegro设备，甚至是最复杂的ic。图2中的Hall元素显示为带有“x”的方框。它的输出被放大，输入比较器，然后输出到开放的NMOS数字输出。Allegro还生产带有两个霍尔元件的霍尔集成电路，用于感知差分磁场，甚至还有三个霍尔元件用于移动铁磁目标的方向检测。无论传感器拓扑多么复杂，元件都是在半导体材料的薄基板表面和内部制造的。

霍尔IC结构

Allegro器件是在硅基板上制造的，通过直接在硅中掺杂不同的材料来创建n型(电子)或p型(电子空穴)载流子区域。这些n型和p型材料区域形成几何形状，构成集成电路的有源和无源元件，包括霍尔元件，并通过在几何形状上沉积金属连接在一起。用这种方式，有源和无源部件被电连接在一起。由于所需的几何图形非常小，在微米的范围内，有时甚至更小，电路密度极高，允许在非常小的硅区域上进行复杂的电路。

所有有源和无源元件都生长在衬底内，或沉积在硅上，这使得它们与硅不可分割，并真正将它们识别为单片集成电路。图3显示了霍尔元件如何集成到Allegro IC中，它只是一个掺杂硅的区域，产生一个n型板，将传导电流。

图3:单一霍尔元件

图3。单个霍尔元件的截面;在每个四角接触的n型外延电阻。

如前所述，当电流从板的一个角被强迫到另一个角时，当存在垂直磁场时，霍尔电压将在板的另外两个角产生。当不施加电场时，霍尔电压将为零。以类似的方式，更复杂的几何结构组成了有源组件，如NPN或NMOS晶体管结构。图4显示了NPN和PMOS晶体管的截面。

图4:PMOS ic芯片

图4。PMOS(上)和n NPN型BJT晶体管(下)的横截面

为了提高生产效率，这些电路在基板中生长，而基板仍然是大晶圆的形式。电路以行和列的模式重复，可以锯成单个的模具或“芯片”，如图5所示。

图5,IC芯片

图5。硅片，应用IC电路图样后锯成模具

在图6中可以看到一个单独的Allegro霍尔效应传感器IC设备。这是一个简单的开关，功能框图如图2所示。所有的电路都包含在IC中，包括霍尔元件，可以看到芯片中间的红色方块，以及放大器电路和保护二极管，以及实现设备功能所需的大量电阻和电容。

图6霍尔传感器

图6。单霍尔IC芯片

霍尔器件包装

将硅片行和列锯成单独的模具后，然后将模具包装单独销售。一个完整的包(许多可能的样式之一)如图7所示。该模具是看到的情况下，安装在一个铜模具垫。与铜引线的接触是通过从模具表面的金属垫到电隔离的封装引线的金线粘接实现的。然后包装封装，或过度成型，与塑料保护模具从损坏。

图7

图7。一个典型的完整霍尔器件包，显示安装的模具和到引脚的电线连接。

图7中的包是图2中的简单开关，带有VCC、GND和一个小型3脚单直连包(SIP)中的输出引线。在图8中可以看到其他包，包括一个晶片级芯片规模包(CSP)、一个SOT23W、一个MLP、一个3脚ua包SIP和一个4脚k包SIP。

图8

图8。典型的完整霍尔器件包有:(A)表面贴装MLP和(B) SOT23W， (C)晶片级芯片规模包(CSP)，通孔贴装(D) K型SIP和(E) UA型SIP。

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