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作者：Stefan Kranz，
Allegro MicroSystems, LLC
引言
A1262 集成電路是一款超靈敏雙通道霍爾效應(yīng)鎖存器。與傳統(tǒng)雙通道鎖存器相比，A1262 的正交輸出指示旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)環(huán)形磁鐵目標(biāo)的位置/速度。但是，除了感測(cè)幅值以外，A1262 在使用垂直霍爾效應(yīng)技術(shù)感測(cè)磁場(chǎng)方向方面是獨(dú)一無二的。
A1262 使用傳統(tǒng)的平面霍爾效應(yīng)元件獲得一個(gè)通道，用垂直霍爾效應(yīng)元件獲得另一個(gè)通道。因此，A1262 能產(chǎn)生正交輸出信號(hào)（≈90° 相位差），其中相分離大體上獨(dú)立于氣隙、環(huán)形磁體尺寸或極間距。這為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師選擇環(huán)形磁鐵及其相對(duì)傳感器的位置和方向提供了前所未有的靈活性，其小封裝 (SOT23-5) 替代了一對(duì)傳統(tǒng)的封裝霍爾效應(yīng)鎖存器，節(jié)省了空間和組件數(shù)量。
案例研究
此應(yīng)用說明重點(diǎn)介紹眾多可能系統(tǒng)配置中的兩個(gè)。在這兩個(gè)案例中， A1262LLHLT?T 器件假定平面霍爾元件使用 Z 傳感方向，而垂直霍爾元件使用 Y 方向（請(qǐng)參閱圖 1）。A1262 替代版 A1262LLHLT?X?T 還可以提供 Z 和 X 方向感應(yīng)。A1262 數(shù)據(jù)表和其他相關(guān)應(yīng)用說明提供有關(guān) A1262 的詳細(xì)信息。
圖 1：A1262 感應(yīng)方向
在這兩個(gè)案例中，目標(biāo)是具有相同總體尺寸的鐵氧體環(huán)形磁體。案例 1 采用多極環(huán)形磁鐵。案例 2 采用徑向磁化（1 個(gè)極對(duì)）環(huán)形磁鐵（見圖 1）。
圖 1：環(huán)形磁鐵
案例 1：多極環(huán)形磁鐵
在此案例中，目標(biāo)是具以下特性的環(huán)形磁鐵。
外徑：13 mm
內(nèi)徑：6 mm
高度：4 mm
極對(duì)：4
材料：鐵氧體 Y10T，BR：≥0.2?
磁化：徑向
圖 2：案例 1 的物理配置
圖 3 和 圖 4 顯示案例 1 環(huán)形磁鐵徑向和切向磁場(chǎng)與周圍氣隙比較。徑向磁場(chǎng)分量激勵(lì) A1262 平面霍爾元件，如圖所示 Z 方向。垂直霍爾元件對(duì)應(yīng)切向磁場(chǎng)，如圖所示 Y 方向。
圖 3：徑向 B 磁場(chǎng)多極環(huán)形磁鐵與氣隙
圖 4：切向 B 磁場(chǎng)多極環(huán)形磁鐵與氣隙
圖 5：徑向/切向 B 磁場(chǎng)多極環(huán)形磁鐵與氣隙
如圖 3 和圖 4 所示，每個(gè)通道（共兩個(gè)）的磁性峰值的位置相對(duì)另一個(gè)通道基本保持一致。氣隙幾乎沒有變化。圖 5 僅顯示最小和最大氣隙分別為 1.5 mm 和 5.0 mm，更清晰地描述了這一點(diǎn)。
圖 6：A1262 多極環(huán)形磁鐵 OUTA（徑向）與氣隙
圖 7：A1262 多極環(huán)形磁鐵 OUTB（切向）與氣隙
圖 6 和圖 7 顯示使用 8 極環(huán)形磁鐵的雙傳感器輸出的磁開關(guān)行為。假定 A1262 磁開關(guān)點(diǎn)正常變化并且氣隙變化較大，則 OUTA 和 OUTB 的相位關(guān)系會(huì)非常穩(wěn)定。這種氣隙獨(dú)立性水平對(duì) A1262 是獨(dú)一無二的。
如下表 1 所示，兩個(gè)輸出還保持接近理想的 (≈50%) 占空比，并且與氣隙無關(guān)。
表 1：案例 1 的占空比與氣隙氣隙
(mm) | OUTA 占空比
(%) | OUTB 占空比
(%) |
|---|
| 1.5 | 49.71 | 49.83 |
| 2.0 | 49.77 | 50.00 |
| 2.5 | 49.77 | 49.60 |
| 3.0 | 49.71 | 49.83 |
| 3.5 | 49.71 | 49.88 |
| 4.0 | 49.54 | 49.83 |
| 4.5 | 49.88 | 49.48 |
| 5.0 | 49.65 | 49.71 |
案例 2：徑向環(huán)形磁鐵
在此案例中，目標(biāo)是具有與案例 1 相同尺寸和相同材料的環(huán)形磁鐵，但只有一對(duì)磁極：
外徑：13 mm
內(nèi)徑：6 mm
磁鐵高度：4 mm
極對(duì)：1
材料：鐵氧體 Y10T，BR：≥0.2?
磁化：徑向
圖 8：案例 2 的物理配置
圖 8 顯示案例 2 的物理配置圖 9 和 圖 10 顯示環(huán)形磁鐵徑向和切向磁場(chǎng)與周圍氣隙比較。徑向磁場(chǎng)分量激勵(lì) A1262 平面霍爾元件，如圖所示 Z 方向。垂直霍爾元件對(duì)應(yīng)切向磁場(chǎng)，如圖所示 Y 方向。與案例 1 環(huán)形磁鐵相同，每個(gè)通道（共兩個(gè)）的磁性峰值的位置相對(duì)另一個(gè)通道基本保持一致。氣隙幾乎沒有變化。圖 11 僅顯示最小和最大氣隙分別為 1.5 mm 和 5.0 mm 的結(jié)果，更清晰地描述了這一點(diǎn)。
圖 9：徑向 B 磁場(chǎng)徑向環(huán)形磁鐵與氣隙
圖 10：切向 B 磁場(chǎng)徑向環(huán)形磁鐵與氣隙
圖 11：徑向/切向 B 磁場(chǎng)徑向環(huán)形磁鐵與氣隙
圖 12 和圖 13 顯示使用單極對(duì)環(huán)形磁鐵的雙傳感器輸出的磁開關(guān)行為。假定 A1262 磁開關(guān)點(diǎn)正常變化并且氣隙變化較大，則 OUTA 和 OUTB 的相位關(guān)系會(huì)非常穩(wěn)定。
圖 12：A1262 多極環(huán)形磁鐵 OUTA（徑向）與氣隙
圖 13：A1262 多極環(huán)形磁鐵 OUTB（切向）與氣隙
如下表 2 所示，兩個(gè)輸出還保持接近理想的 (≈50%) 占空比，并且與氣隙無關(guān)。
表 2：案例 2 的占空比與氣隙
氣隙
(mm) | OUTA 占空比
(%) | OUTB 占空比
(%) |
|---|
| 1.5 | 50.34 | 48.86 |
| 2.0 | 50.34 | 48.72 |
| 2.5 | 50.34 | 48.72 |
| 3.0 | 50.27 | 48.65 |
| 3.5 | 50.07 | 48.65 |
| 4.0 | 50.27 | 48.32 |
| 4.5 | 50.07 | 48.52 |
| 5.0 | 50.27 | 48.32 |
一致的占空比
表 3 數(shù)據(jù)說明了氣隙和環(huán)形磁鐵磁極間距對(duì) OUTA 和 OUTB 信號(hào)的影響很小。
表 3：占空比對(duì)比| 環(huán)形磁鐵 | 氣隙 | OUTA 占空比
(%) | OUTB 占空比
(%) |
|---|
| 案例 2 | 最小 | 50.34 | 48.86 |
| 最大 | 50.27 | 48.32 |
| 案例 1 | 最小 | 49.71 | 49.83 |
| 最大 | 49.65 | 49.71 |
| 平均占空比 | 49.99 | 49.18 |
每個(gè)信號(hào)的占空比針對(duì)極間距只有超過 4:1 的少量變化，而針對(duì)氣隙則是大于 3:1 的變化。用戶可以單純根據(jù)物理因素選擇環(huán)形磁鐵尺寸；磁極間距幾乎和可以隨意選擇，以達(dá)到每轉(zhuǎn)所需的周期數(shù)。
相分離
OUTA 和 OUTB 信號(hào)之間的相分離將隨氣隙的變化而有所改變。此現(xiàn)象與環(huán)形磁鐵布置無關(guān)，并在圖 14 和 15 顯示，分別對(duì)應(yīng)案例 1 和案例 2。
案例 1 多極磁鐵的相移大約為 4.0° (26.5° – 22.5°)，而案例 2 的單極環(huán)形磁鐵的相移大約為 12° (102° – 90°)，相移原因是內(nèi)部霍爾元件間距、氣隙和磁鐵尺寸與材料的相互作用。
總相移的幅值（圖 14 和圖 15）取決于磁極數(shù)。對(duì)于給定尺寸的環(huán)形磁鐵，磁極數(shù)越大（磁極間距越小），氣隙對(duì)信號(hào)相位的影響越小。
OUTA 和 OUTB 信號(hào)的相分離通常稍大于 90°，這是因?yàn)?A1262 垂直和平面霍爾元件并不精確位與硅晶片相同的位置。
此信號(hào)相位與氣隙關(guān)系意味著相位能表示系統(tǒng)氣隙。例如，可以將其用于確認(rèn)氣隙在系統(tǒng)設(shè)置極限內(nèi)。
通過以磁鐵旋轉(zhuǎn)的恒定速度測(cè)量 OUTA 和 OUTB 下降沿之間的時(shí)間就可以得到此“氣隙信號(hào)”。該測(cè)量時(shí)間表示氣隙距離，并且如果氣隙變大，此測(cè)量時(shí)間也會(huì)變?cè)黾印?/p>
圖 14：多極環(huán)形磁鐵相對(duì)氣隙的兩個(gè)下降沿之間的相移差
圖 15：徑向環(huán)形磁鐵相對(duì)氣隙的兩個(gè)下降沿之間的相移差
意見/結(jié)論
如上所示，A1262 以獨(dú)特的方式布置傳統(tǒng)的平面和垂直霍爾傳感器，具有以下優(yōu)勢(shì)：
A1262 能產(chǎn)生正交輸出信號(hào)（≈90° 相位差），其中相分離基本上與氣隙、環(huán)形磁體尺寸或極間距無關(guān)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以非常靈活地選擇環(huán)形磁鐵及其相對(duì)傳感器的位置和方向。
用戶很可能選擇標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)成環(huán)形磁鐵，以提供需要的脈沖/旋轉(zhuǎn)次數(shù)。
較大氣隙的限制因素可能是切向磁場(chǎng)強(qiáng)度（此處案例所示 X 或 Y），這是因?yàn)榍邢虼艌?chǎng)強(qiáng)度通常低于徑向磁場(chǎng)強(qiáng)度。
OUTA 和 OUTB 信號(hào)的相位關(guān)系能指示氣隙。
測(cè)試回路
用于上述案例研究的應(yīng)用回路是 A1262 數(shù)據(jù)表所示的典型應(yīng)用回路，并在下圖 16 中再現(xiàn)。
圖 16：典型應(yīng)用電路
環(huán)形磁體來源
案例 1 和案例 2 使用的環(huán)形磁鐵可由以下零售商獲得，它是 Allegro 和 Sanken Semiconductors 的分銷商：
Matronic GmbH & Co.
Electronic Vertriebs KG
Vor dem Kreuzberg 29
D-72070 Tübingen，德國
電話： +49 7071 94440
傳真： +49 7071 45943
網(wǎng)站：www.matronic.com
電子郵件：info@matronic.de
