由于支持技術(shù)的發(fā)展，霍爾效應(yīng) (磁場(chǎng))傳感應(yīng)用進(jìn)來已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。本文介紹霍爾效應(yīng)技術(shù)，以及該如何應(yīng)用該技術(shù)，特別對(duì)線性霍爾傳感器 IC應(yīng)用進(jìn)行探討。

首先簡要介紹一下霍爾效應(yīng)技術(shù)的工作原理。簡單地說，霍爾效應(yīng)發(fā)現(xiàn)于 1879 年，并以埃德溫·霍爾爵士的名字命名，它是指流經(jīng)電流的導(dǎo)體受到磁場(chǎng)的影響時(shí)，在導(dǎo)電材料（例如硅（矽）或砷化鎵 (GaA)）上可以測(cè)到電壓（見圖 1）。這個(gè)由磁場(chǎng)所產(chǎn)生的橫向力被稱為洛侖茲力。因此，霍爾效應(yīng)器件需要磁場(chǎng)才能驅(qū)動(dòng)。

盡管如今已經(jīng)非常普遍，但霍爾效應(yīng)技術(shù)直至二十世紀(jì)八十年代才得到普遍應(yīng)用。這是因?yàn)榛魻栐系碾妷悍浅Ｐ。苋菀资芡饨缫蛩氐挠绊懀热鐪囟群头庋b應(yīng)力。

現(xiàn)代霍爾效應(yīng)傳感器 IC 集成了信號(hào)調(diào)制和放大技術(shù)，使霍爾效應(yīng)器件步入實(shí)用階段。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字霍爾傳感器 IC 有三種常見變體：單極、閉鎖和雙極。

帶有模擬輸出的線性霍爾效應(yīng)器件。與數(shù)字開關(guān)類似，線性設(shè)備中可以提供豐富的功能；例如比例式輸出、用戶可編程、數(shù)字輸出（如脈寬調(diào)制）以及單向或雙向傳感。

大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)線性霍爾效應(yīng)傳感器 IC 具有與磁場(chǎng)強(qiáng)度呈比例關(guān)系的比率式輸出 （0.5 × VDD）。這些設(shè)備通常需要調(diào)節(jié)式 5.0 V 電源，且當(dāng)不存在大磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí) QVO（靜態(tài)電壓輸出，VOUT(Q)) 為 2.5 V。

線性霍爾效應(yīng)器件在整個(gè)傳感磁通范圍內(nèi)響應(yīng)，并輸出比例模擬信號(hào)。

常見的霍爾型號(hào)有SiliconWisdom矽睿半導(dǎo)體的SWG501NS/SWU504NS/SWB512NS/SWD514NS/SWG513NS等。

線性霍爾SWG513NS在跑步機(jī)上的應(yīng)用：

跑步機(jī)跑板高度檢測(cè)是迎面傳感技術(shù)的良好例證。如果調(diào)整跑板高度，為跑步者改變坡度，可使用線性霍爾 SWG513NS檢測(cè)跑板的位移。通常磁鐵連接到跑板本身，而傳感器組件保持靜止?fàn)顟B(tài)。隨著跑步者增大或減小跑板的坡度，SWG513NS 通過霍爾元件測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化，向控制模塊提供關(guān)于相對(duì)位移的反饋。

設(shè)計(jì)線性應(yīng)用：

與只需要一定磁場(chǎng)強(qiáng)度和極性來驅(qū)動(dòng)的數(shù)字霍爾效應(yīng)開關(guān)不同，線性設(shè)備需要稍多應(yīng)用規(guī)范才能實(shí)現(xiàn)滿意的結(jié)果。

線性 IC 的增益決定了給定距離下的分辨率。

那么如何給適當(dāng)增益呢？怎么計(jì)算的呢？

用輸出電壓 VOUT的變化除以施加磁場(chǎng)強(qiáng)度 (Bapplied) 的變化，得到此應(yīng)用的線性霍爾效應(yīng)器件的相應(yīng)增益。

通用計(jì)算方程如下：

增益 (mV/G) = VOUT(mV) / Bapplied(G)。

要使用示例數(shù)據(jù)，首先將 VOUT的單位從 V 轉(zhuǎn)為 mV。

VOUT= V–VOUT1和Bapplied(G) = Bmax– Bmin

在現(xiàn)實(shí)世界中，傳遞函數(shù)并不是完美的線性關(guān)系，系統(tǒng)中可能存在一個(gè)固有的偏移量。為此，必須進(jìn)一步考慮應(yīng)用場(chǎng)合要求的精度、模數(shù)轉(zhuǎn)換器或者必須讀取輸出的類似設(shè)備的分辨率，以及磁鐵的溫度系數(shù)。

在這些情況下，考慮以下因素會(huì)有所幫助：

靜態(tài)輸出電壓的變化是溫度、VOUT(Q)（TA）的函數(shù)

靈敏度（增益）的變化是溫度、Vsens(Q)(TA) 的函數(shù)，以及給定磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)設(shè)備的線性度。

可利用磁場(chǎng)對(duì)線性霍爾效應(yīng)SWD514NS進(jìn)行反向偏壓，以感知亞鐵材料目標(biāo)。例如，在汽車行業(yè)廣泛使用基于SWD514NS可精確感應(yīng)凸輪凸部的位置和發(fā)動(dòng)機(jī)中的曲軸的速度，以改進(jìn)調(diào)速，從而獲得更高的燃燒效率。SWD514NS具有很高的帶寬，因此可以感知混合動(dòng)力汽車的電池管理系統(tǒng)和直流-直流轉(zhuǎn)換器中的電流變化。

審核編輯 黃宇