【技术帖】（连载一）Hello，磁传感器！

在日常生活中，小小的指南针，以及发烧时候使用的温度计，这些看似微不足道的东西，其实承载了人类的进步和一项重要技术的变革——传感器。

以我国古代的四大发明之一指南针为例，它可以感应地球的磁场，然后进行地理位置方向的定位，其实这就是典型的磁传感器应用。而当今社会磁传感器已被誉为世界第三大传感器，每年都有数以亿计的霍尔（Hall）传感器在消费电子、工业自动化、汽车电子、等领域发挥着重要作用。今天小为给大家详细分析一下霍尔传感器的工作原理、分类、输出特性，典型应用解决方案等内容。

霍尔效应

霍尔效应由物理学家Edwin Herbert Hall 于1879 年发现。如图1所示，他将一块通电的半导体矩形薄片放于垂直其表面的磁场B中，在薄片的横向垂直于电流方向的电极出现电压差，并且这个电压正比于外加磁场大小，此现象被称为霍尔效应。

图-1 霍尔效应

这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向薄片横向两侧偏转和积聚形成一个电场，称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时半导体薄片两侧建立起一个稳定的电压VH称为霍尔电压。

霍尔器件分为Hall元件和Hall集成电路两类，前者是一个简单的霍尔片，使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大；后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上称为霍尔IC。

霍尔IC通常按输出信号类型分为数字霍尔IC和线性霍尔IC。数字霍尔IC通过外部磁场的强弱控制输出导通或关断，类似开关的作用，因此常称为开关型霍尔IC；线性霍尔IC输出为模拟信号，输出电压与外部磁场的强弱通常成线性关系。

开关型霍尔IC常又分为单极型霍尔IC（Unipolar）、全极型霍尔IC（omnipolar）、锁存型霍尔IC（Latch）、三大类。

输出特性

☆Hall 元件

Hall元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量阱材料等。

（a）InSb Hall元件输出特性

（b）GaAs Hall元件输出特性

☆单极型霍尔IC

只对单个磁极（S极orN极）有响应。如图2所示，S极逐渐靠近霍尔IC且施加的磁感应强度B超过工作点（BOPS）时（即B>BOP>0），输出导通， 输出由高变低。当S极逐渐远离霍尔IC且磁感应强度B减弱低于释放点(BRP)（即0<B<BRP）或撤除（B=0）时，输出关断， 输出由低变高。BOP－BRP=BH称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。这类IC广泛应用于磁环境较复杂的磁极判断产品中，如：TWS耳机、智能家居等。

图-2 单极型Hall 输出特性

☆全极型霍尔IC

全极霍尔IC是新型的输出类型，其将S极和N极等同对待。如图3所示，任何一个磁极面向标记面，且施加的磁感应强度B超过工作点（BOP）(即|B|>BOP), 输出导通, 输出由高变低。当磁感应强度减弱低于释放点(BRP)（即|B|<BRP）或撤除（B=0）时，输出关断，输出由低变高。这类IC 广泛应用 PC 智能家电，三表，汽车等领域。

图-3 全极型Hall 输出特性

☆锁存型霍尔IC

锁存型霍尔IC要求S极和N极必须交替作用于霍尔IC。如图4，当S极靠近Hall IC，且施加的磁感应强度超过工作点（BOP）（即B>BOP>0）时，输出导通，输出由高变低。之后无论B增加或减小，甚至将B除去，电路都保持导通态，只有达到负向的BRP时，才改变为截止态，因而称为锁定型。该类IC 广泛应用于工业电机换向检测，汽车电子等领域

图-4 锁存型Hall 输出特性

☆线性霍尔IC

线性霍尔 IC输出为模拟信号，它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例，外加磁场超出线性磁场范围，将不再成线性关系，直至输出饱和，这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场位置检测。

图-5 线性Hall 输出特性

霍尔开关具有无触电、低功耗、使用寿命长、响应频率高的特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作，霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表、无刷电机换向等应用场景。

针对以上典型应用，艾为推出了一系列完善的霍尔传感器解决方案。

艾为AW8650X系列和AW8653X系列是两款基于霍尔效应原理的霍尔开关传感器芯片，拥有超宽工作电压、微低功耗、高灵敏度、高可靠性等特点。该系列产品可为电子消费产品、穿戴产品、工业控制领域提供封装更小、性价比更高的解决方案。

封装形式：SOT23-3、DFN1216、DFN1114、SOT553等

图-6 AW8650X Hall Switch典型应用图

集成电路和智能传感器这两个产业都是关系制造业发展全局和国家经济安全的基础性、先导性和战略性产业，然而磁传感器又是我们日常生活、工业、汽车等领域应用最广泛的传感器，它不仅拥有高稳定性、非接触、性价比高、结构简单、生产使用方便等特点，还可以应用于角度、位移、速度以及导线中电流等非磁信号检测领域，如汽车ABS 防抱死系统、AR/VR 头显、云台控制、出租车计价器、工业操作杆、直流无刷电机和变频器等产场景，所以它的重要性自然不言而喻。

下一篇小为还将继续和大家分享基于具体产品形态应用进行讲解，敬请期待！