微功耗A32XX系列霍爾開關

摘要：Ａ３２ｘｘ 系列霍爾開關型傳感器是美國Allegro Microsystemｓ公司生產(chǎn)的微功耗霍爾開關芯片，文中介紹了這種霍爾開關器件的特性原理和封裝形式，分析了Ａ３２ｘｘ器件的構成原理和工作特性，給出了Ａ３２ｘｘ系列器件在低功耗應用時的限制條件。

１　概述

美國Ａｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ公司生產(chǎn)有各種類型的磁敏感（霍爾）器件，其中Ａ３２ｘｘ系列是一組微功耗霍爾開關型傳感器。該系列有Ａ３２０９、Ａ３２１０、Ａ３２１２等三種器件，它們的共同特點為工作電壓和功耗極低、不依賴于磁極，即任何磁極都能使其動作（開關導通）、超敏感、數(shù)字鎖存輸出等。特別適用于電池供電的手持設備，如手機、傳呼機、無繩電話、掌上電腦等。

Ａ３２ｘｘ系列的２．５Ｖ～３．５Ｖ低工作電壓和內(nèi)部定時工作結構降低了器件的平均功耗。Ａ３２０９的功耗為４００μＷ、Ａ３２１０為２５μＷ、Ａ３２１２為１５μＷ。該系列中各型號產(chǎn)品除了平均工作電流、磁靈敏性、工作時間和休眠時間比（以下稱忙閑比）有差異外，其它特性幾乎一樣。

該產(chǎn)品通過斬波調(diào)零（動態(tài)消除失調(diào)）技術來改善其穩(wěn)定性，從而使殘余失調(diào)電壓得以降低。這些失調(diào)電壓通常是由器件成型過程、溫度系數(shù)和熱應力產(chǎn)生的。該產(chǎn)品在一個硅晶片上集成了霍爾電壓產(chǎn)生器、小信號放大器、斬波穩(wěn)零器、鎖存器和ＭＯＳ-ＦＥＴ輸出驅動器。先進的ＢｉＣＭＯＳ工藝使該產(chǎn)品具有低工作電壓、極低功耗、極低失調(diào)誤差和很小的幾何尺寸等特點。

該產(chǎn)品有兩種封裝形式，一種是三腳貼片微小型封裝，后綴為“ＬＨ”，如圖１(ａ)；另一種是三腳直插封裝，后綴為“ＵＡ”，如圖１(ｂ)。

２ 低功耗特點

Ａ３２ｘｘ系列產(chǎn)品內(nèi)部有一個定時電路，其作用是定時激活（也稱喚醒）霍爾傳感器以使其工作一段時間后，再定時使傳感器休眠一段時間。傳感器的工作時間加上休眠時間為一個定時周期，如圖２所示。傳感器的工作時間對不同的器件是不一樣的，Ａ３２０９、Ａ３２１０為６０μｓ?Ａ３２１２為４５μｓ。定時周期對不同的器件也是不一樣的，其中Ａ３２０９為４８０μｓ、Ａ３２１０為６０ｍｓ、Ａ３２１２為 ４５ｍｓ。在短暫的喚醒時間內(nèi)，傳感器進行采樣測量并在定時脈沖的下降沿將數(shù)據(jù)鎖存。而在休眠時間內(nèi)，器件的輸出為最近一次采樣的結果。該器件的電源電流不受輸出狀態(tài)的影響。

３　動態(tài)斬波技術

霍爾器件可以被看成類似于惠斯頓電橋的一組電阻陣列，這些電阻的匹配是造成器件失調(diào)的主要因素，而器件的成型過程、熱應力和溫度系數(shù)則是造成電阻不匹配的最主要因素。Ａ３２ｘｘ系列產(chǎn)品采用動態(tài)斬波技術消除失調(diào)，并通過內(nèi)部集成的高頻時鐘控制ＣＭＯＳ開關來動態(tài)改變流過器件的電流方向和霍爾電壓測量端內(nèi)部采樣保持電路所捕獲的霍爾電壓信號，然后通過低失調(diào)的雙極電路進行處理，以使得電阻不匹配所造成的殘余失調(diào)電壓能相互抵消。該技術使Ａ３２ｘｘ器件具有極穩(wěn)定的靜態(tài)霍爾輸出電壓，而與熱應力無關。圖３為該技術的工作過程示意圖，其中圖３（ａ）、（ｂ）為技術原理圖、圖３（ｃ）為電路技術結構圖。

４　工作特性

Ａ３２ｘｘ系列與一般的霍爾開關不一樣，該系列無論對Ｎ極還是對Ｓ極磁場，只要垂直于器件且磁通密度達到其動作點Ｂｏｐｎ或Ｂｏｐｓ以上，都會使器件開關導通?輸出為低?，此時器件可以吸收１ｍＡ的電流。只要磁通密度降低到釋放點Ｂｒｐｎ或Ｂｒｐｓ以下，都會使器件開關斷開?輸出為高?。磁通密度動作點和釋放點的差異稱為器件的磁滯Ｂｈｙｓ。該磁滯特性可保證即使出現(xiàn)外部振動和電氣噪聲，器件的開關過程均無抖動。圖４給出了該系列器件的輸出電壓與磁通密度的關系特性。

還有一種磁性開關稱為舌簧開關，該開關有兩大特點，一是基本無功耗，二是其開關動作不依賴于磁場磁力線的方向，即只要有磁力線穿過舌簧開關，無論其方向是從左到右還是從右到左，都會使舌簧開關動作。由于舌簧開關本質上是一種機械開關，其速度、可靠性和壽命都難以與電子開關相比。而Ａ３２ｘｘ系列器件本質上是一種電子開關，它的動作（導通）不依賴于磁極性，同時極低的功耗使得該產(chǎn)品能夠方便地取代舌簧開關且具有更高的可靠性。

Ａ３２ｘ

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