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霍尔集成电路分类说明

日期: 2017-11-01
浏览次数: 3038

霍尔效应是磁电效应的一种,这一现象是霍尔(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,利用这现象制成的各种霍尔器件,广泛地应用于工业自动化技术、检 测技术及信息处理等方面。

霍尔器件分为: 霍尔元件(Hall element)和霍尔集成电路(Hall IC)两大类,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。霍尔集成电路是随着半导体集成电路工业的发展近20年才出现的产品,但因它体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高,耐震动,不怕灰 尘、油污污染,成本低等优点,使其得到了极其广泛的应用。霍尔集成电路有很多其他称呼, 如:霍尔效应集成电路(Hall Effect IC),霍尔效应传感集成电路(Hall Effect Sensor IC),霍尔传感器(Hall Sensor),霍尔电路,霍尔IC。Hall有时也被翻译成霍耳,所以也可称霍耳集 成电路等。以下简称霍尔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)、锁存型霍尔IC(Latch)、双极型霍尔IC(Bipolar)、全极型霍尔IC(Omnipolar)四类。为便于说明,按通常约定,当外加磁场的南极(S极)接近霍尔IC打有标志的一面时,作用到霍尔IC上的磁场方向为正,当北极 (N极)接近标志面时,磁场为负。

单极型霍尔IC:经常被称为开关霍尔IC、霍尔开关(Hall Switch)、霍尔效应开关(Hall Effect Switch)。只对单个磁极(常为S极)有响应。如图1,大多数单极霍尔IC,当S极面向标记面,且施加的磁感应强度B超过工作点(BOP)时(即B>BOP>0),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0

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图 1 单极型霍尔 IC 输出特性图


锁存型霍尔IC:必须S极和N极交替作用于霍尔IC。如图2,大多数锁存型霍尔IC,当S极面向标记面,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。当磁感应强度减弱直至撤除(B=0),输出保持导通。当N极面向标记面,且施加的磁感应强度超过释放点(BRP)(即B

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图 2 锁存型霍尔 IC 输出特性图



全极霍尔IC:是较新出现的类型,将S极和N极等同对待。一般情况下,如图3,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|

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图 3 全极型霍尔 IC 输出特性图



双极型霍尔IC:是比较早期的一种类型,最初因半导体工艺限制,生产出较的霍尔IC灵敏度分布范围很大,一致性差。同一型号霍尔,如图4,部分是锁存型的(中间曲线),部分是单极型的(右边曲线),部分是N极单极型的(右边曲线),是三种的混合体。往往指标只给出最大BOP(>0)和最小BRP(<0),任何一颗双极型霍尔IC,不能确定是单极型霍尔IC、锁存型霍尔IC或负单极霍尔IC。目前,新型号中很少再有双极型霍尔IC。注意,很多用户会把双极型霍尔IC误认为(或称为)是锁存型霍尔IC,也有误认为(或称为)是全极型霍尔IC。

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线性霍尔 IC:输出为模拟信号,输出电平在一定的范围类与外加磁场成线性关系,称为线性磁场范围。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,有最低 输出饱和电压和最高输出饱和电压。

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图 5 线性霍尔 IC 输出特性图



以上是简单常用的霍尔 IC,除了这些,近几年还出现了一些集成度高、功能复杂的专 用霍尔 IC,如差分霍尔 IC(双霍尔 IC),集成ADC、DAC 和信号处理电路的旋转位置 传感器、三轴位置传感器,集成了电机控制和驱动电路的无刷电机驱动芯片。此外, 利用霍尔原理设计的电流传感器 IC也是霍尔 IC 的一大类别。

随着手机、笔记本电脑、DV 等便携式设备的普及,对霍尔 IC 的功耗提出要求,由此产生了一类新的霍尔 IC—微功耗霍尔 IC。它是数字霍尔 IC 按功耗单独分出的一类,其内部 采用休眠机制降低功耗,平均功耗可以达到uA 极。它也可按功能分为单极型霍尔 IC、锁存型霍尔 IC、和全极霍尔 IC 三类。这类一般用于电池长期供电的系统。霍尔器件分类总结如图6

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