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微功耗A32XX系列霍爾開(kāi)關(guān)
摘要：Ａ３２ｘｘ 系列霍爾開(kāi)關(guān)型傳感器是美國Allegro Microsystemｓ公司生產(chǎn)的微功耗霍爾開(kāi)關(guān)芯片，文中介紹了這種霍爾開(kāi)關(guān)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(shí)的限制條件。１ 概述
美國Ａｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ公司生產(chǎn)有各種類(lèi)型的磁敏感（霍爾）器件，其中Ａ３２ｘｘ系列是一組微功耗霍爾開(kāi)關(guān)型傳感器。
該系列有Ａ３２０９、Ａ３２１０、Ａ３２１２等三種器件，它們的共同特點(diǎn)為工作電壓和功耗極低、不依賴(lài)于磁極，即任何磁極都能使其動(dòng)作（開(kāi)關(guān)導通）、超敏感、數字鎖存輸出等。特別適用于電池供電的手持設備，如手機、傳呼機、無(wú)繩電話(huà)、掌上電腦等。
Ａ３２ｘｘ系列的２．５Ｖ～３．５Ｖ低工作電壓和內部定時(shí)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(shí)間和休眠時(shí)間比（以下稱(chēng)忙閑比）有差異外，其它特性幾乎一樣。
該產(chǎn)品通過(guò)斬波調零（動(dòng)態(tài)消除失調）技術(shù)來(lái)改善其穩定性，從而使殘余失調電壓得以降低。這些失調電壓通常是由器件成型過(guò)程、溫度系數和熱應力產(chǎn)生的。該產(chǎn)品在一個(gè)硅晶片上集成了霍爾電壓產(chǎn)生器、小信號放大器、斬波穩零器、鎖存器和ＭＯＳ-ＦＥＴ輸出驅動(dòng)器。先進(jìn)的ＢｉＣＭＯＳ工藝使該產(chǎn)品具有低工作電壓、極低功耗、極低失調誤差和很小的幾何尺寸等特點(diǎn)。
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(diǎn)
Ａ３２ｘｘ系列產(chǎn)品內部有一個(gè)定時(shí)電路，其作用是定時(shí)激活（也稱(chēng)喚醒）霍爾傳感器以使其工作一段時(shí)間后，再定時(shí)使傳感器休眠一段時(shí)間。傳感器的工作時(shí)間加上休眠時(shí)間為一個(gè)定時(shí)周期，如圖２所示。傳感器的工作時(shí)間對不同的器件是不一樣的，Ａ３２０９、Ａ３２１０為６０μｓ?Ａ３２１２為４５μｓ。定時(shí)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(shí)間內，傳感器進(jìn)行采樣測量并在定時(shí)脈沖的下降沿將數據鎖存。而在休眠時(shí)間內，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(dòng)態(tài)斬波技術(shù)
霍爾器件可以被看成類(lèi)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的主要因素，而器件的成型過(guò)程、熱應力和溫度系數則是造成電阻不匹配的最主要因素。Ａ３２ｘｘ系列產(chǎn)品采用動(dòng)態(tài)斬波技術(shù)消除失調，并通過(guò)內部集成的高頻時(shí)鐘控制ＣＭＯＳ開(kāi)關(guān)來(lái)動(dòng)態(tài)改變流過(guò)器件的電流方向和霍爾電壓測量端內部采樣保持電路所捕獲的霍爾電壓信號，然后通過(guò)低失調的雙極電路進(jìn)行處理，以使得電阻不匹配所造成的殘余失調電壓能相互抵消。該技術(shù)使Ａ３２ｘｘ器件具有極穩定的靜態(tài)霍爾輸出電壓，而與熱應力無(wú)關(guān)。圖３為該技術(shù)的工作過(guò)程示意圖，其中圖３（ａ）、（ｂ）為技術(shù)原理圖、圖３（ｃ）為電路技術(shù)結構圖。
４ 工作特性
Ａ３２ｘｘ系列與一般的霍爾開(kāi)關(guān)不一樣，該系列無(wú)論對Ｎ極還是對Ｓ極磁場(chǎng)，只要垂直于器件且磁通密度達到其動(dòng)作點(diǎn)Ｂｏｐｎ或Ｂｏｐｓ以上，都會(huì )使器件開(kāi)關(guān)導通?輸出為低?，此時(shí)器件可以吸收１ｍＡ的電流。只要磁通密度降低到釋放點(diǎn)Ｂｒｐｎ或Ｂｒｐｓ以下，都會(huì )使器件開(kāi)關(guān)斷開(kāi)?輸出為高?。磁通密度動(dòng)作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的差異稱(chēng)為器件的磁滯Ｂｈｙｓ。該磁滯特性可保證即使出現外部振動(dòng)和電氣噪聲，器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程均無(wú)抖動(dòng)。圖４給出了該系列器件的輸出電壓與磁通密度的關(guān)系特性。
還有一種磁性開(kāi)關(guān)稱(chēng)為舌簧開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)有兩大特點(diǎn)，一是基本無(wú)功耗，二是其開(kāi)關(guān)動(dòng)作不依賴(lài)于磁場(chǎng)磁力線(xiàn)的方向，即只要有磁力線(xiàn)穿過(guò)舌簧開(kāi)關(guān)，無(wú)論其方向是從左到右還是從右到左，都會(huì )使舌簧開(kāi)關(guān)動(dòng)作。由于舌簧開(kāi)關(guān)本質(zhì)上是一種機械開(kāi)關(guān)，其速度、可靠性和壽命都難以與電子開(kāi)關(guān)相比。而Ａ３２ｘｘ系列器件本質(zhì)上是一種電子開(kāi)關(guān)，它的動(dòng)作（導通）不依賴(lài)于磁極性，同時(shí)極低的功耗使得該產(chǎn)品能夠方便地取代舌簧開(kāi)關(guān)且具有更高的可靠性。
Ａ３２ｘ
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