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作者 Marvin Ng，Allegro MicroSystems, LLC

簡(jiǎn)介

A1262 2D 雙通道霍爾效應(yīng)傳感器 IC 采用 5 引腳 SOT23W 表面安裝型封裝，也可是 4 引腳 SIP 通孔封裝。可在傳統(tǒng)平面磁場(chǎng)方向以及垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)行。中心位置平面和垂直霍爾元件的雙重操作可造成：

• （正交）輸出間固有的 90° 相分離使正交磁極距和氣隙獨(dú)立化

• 封裝尺寸減小導(dǎo)致 PCB 尺寸減小以及有效總氣隙 (TEAG) 緊縮

• X-Z 選項(xiàng)提供更小的有效總氣隙 (TEAG) 尺寸感應(yīng)

• 機(jī)械設(shè)計(jì)靈活性，可根據(jù)可用性和 / 或成本自由選擇環(huán)形磁體

• 由于使用 SMT 器件可實(shí)現(xiàn)面內(nèi)傳感，通孔器件有被替代的趨勢(shì)。

兩種可用選項(xiàng)可通過(guò)在 Y-Z 軸或 X-Z 軸傳感，賦予系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性。相較磁體，這賦予了傳感器 IC 在不同方向的安裝靈活性，其安裝的載體 PCB 也因此獲得了相同的增益。

A1262 是前代器件，如 A1230 和 A3425，的替換解決方案，前代器件的 1D（雙平面）設(shè)計(jì)需對(duì)環(huán)磁極間距進(jìn)行優(yōu)化，且只提供一個(gè)傳感方向。但是，A1262 無(wú)需優(yōu)化環(huán)磁體，并可以配置為四個(gè)不同的傳感方向（見(jiàn)傳感配置部分）。此外，A1262 采用更小型 (SOT23W) 封裝。2D A1262 與雙平面 A1230 及 A3425 的對(duì)比請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)表 1。

表 1：2D 與 1D （雙平面）對(duì)比

垂直霍爾元件和平面霍爾元件

IC 設(shè)計(jì)與制造的改進(jìn)賦予了垂直霍爾元件對(duì)與 IC 平面平行磁場(chǎng)的靈敏度。平面霍爾元件的功能也遵循相同的原理，對(duì)垂直于 IC 平面的磁場(chǎng)具有靈敏度。此處的 Z 軸靈敏度不受
傳感器 IC 方向或轉(zhuǎn)動(dòng)的影響。因此，使用只含一個(gè)平面霍爾元件的表面貼裝器件無(wú)法實(shí)現(xiàn)面內(nèi)傳感。

平面霍爾元件按晶片（面內(nèi)）長(zhǎng)度和寬度制造，如圖 2 所示。垂直霍爾元件從頭至尾根據(jù)芯片深度制造，如圖 3 所示。

通過(guò)旋轉(zhuǎn) IC，或改變晶片上垂直霍爾感應(yīng)元件方向，傳感器 IC 就可分辨磁場(chǎng)方向和振幅，在多個(gè)空間維度真正傳感。A1262中，X 軸和 Y 軸為垂直霍爾傳感軸，Z 軸為平面霍爾傳感軸（見(jiàn)圖 4）。

A1262 有兩種不同的傳感配置可選為排序選項(xiàng)。區(qū)別在于垂直霍爾元件朝向不同。X-Z 選項(xiàng)中，X 軸方向的垂直霍爾元件與 Z 軸的平面霍爾元件協(xié)同工作。Y-Z 選項(xiàng)中，垂直霍爾元件需旋轉(zhuǎn)以達(dá)到 Y 軸靈敏度。這就使得用戶可根據(jù)環(huán)形磁體選擇如何定位傳感器 IC。該內(nèi)容會(huì)在傳感配置部分作進(jìn)一步解釋。

傳感配置

A1262 可提供環(huán)磁體獨(dú)立正交輸出的雙通道傳感。其采用兩種不同的 2D 傳感軸配置選項(xiàng)，X-Z 軸和 Y-Z 軸。同時(shí)使用垂直霍爾元件和平面霍爾元件以生成正交雙重輸出，類似于使用雙平面?zhèn)鞲衅?IC，如A1230 或 A3425（但是，雙平面型傳感器只有一個(gè)敏感度配置）。定位在環(huán)形磁體正面的平面霍爾元件可感應(yīng)磁極，而垂直霍爾元件可感應(yīng)磁極間轉(zhuǎn)換（如圖 12 所示）。

X-Z 配置（圖 5）中，安置霍爾元件用于檢測(cè)平行于封裝面的磁場(chǎng)，橫跨 / 垂直于無(wú)引線側(cè)（X 軸）和垂直于封裝面（Z 軸）的磁場(chǎng)，如圖 2 所示。配置垂直霍爾以感應(yīng)磁極（正面）。

在需要 IC 面向位于磁體正面的垂直元件的應(yīng)用中（參見(jiàn)圖 7），由于傳感器 IC 在無(wú)引線側(cè)敏感，IC 可安置于近目標(biāo)處（相對(duì)于 Y-Z 組合）。

Y-Z 配置（圖 6）中，安置霍爾元件用于檢測(cè)平行于跨引線側(cè)（Y 軸）封裝面的磁場(chǎng)和垂直于封裝面（Z 軸）的磁場(chǎng)。配置垂直霍爾以感應(yīng)磁極（正面）。傳統(tǒng)雙通道器件，如 A1230 和 A3425，采用圖 6 中任何配置（A 或 B）都無(wú)法感應(yīng)環(huán)形磁體。

小氣隙性能

已有的 X-Z 選項(xiàng)可使磁體傳感器采用極小氣隙安置，用于需要 PCB 垂直于環(huán)磁體的應(yīng)用。這是由于感應(yīng)邊緣為無(wú)引線側(cè)。

圖 7 說(shuō)明了無(wú)引線側(cè)傳感的優(yōu)勢(shì)。無(wú)引線側(cè)傳感使 IC 無(wú)需容納器件引線和相關(guān)的 PCB 焊盤和走線，就可安置于 PCB 邊緣。這造成了有效總氣隙 (TEAG)　明顯減小。Y-Z 選項(xiàng)中，傳感器必須位于 PCB 下一層內(nèi)板。

表 2：感應(yīng)選項(xiàng)零件號(hào)

雙輸出

A1262 是雙輸出傳感器，其輸出時(shí)采用垂直霍爾元件（X 或 Y）和平面霍爾元件 (Z)，位于兩處獨(dú)立輸出引腳（分別是 OUTPUTA 和 OUTPUTB）。這是用過(guò)信道的時(shí)分多路復(fù)用實(shí)現(xiàn)的。參閱圖 8 方框圖。各信道每隔約 16 μs（典型值）采樣，以便信道趨穩(wěn)，因此兩個(gè)信道大約每 32 μs 可進(jìn)行更新。參閱圖 9。

A1262 采樣率采用相對(duì)較快的時(shí)分多路復(fù)用，可承受高磁輸入頻率，可適用于大多數(shù)應(yīng)用。請(qǐng)聯(lián)系您的 Allegro 代理獲取更多有關(guān)高頻應(yīng)用適應(yīng)性的信息。

固有正交

平面元件和垂直元件本質(zhì)上位置相同，這種傳感技術(shù)減少了環(huán)磁體為實(shí)現(xiàn)正交（輸出信道間 90° 相分離）的目標(biāo)優(yōu)化需求。

雙平面?zhèn)鞲衅?IC 只含兩個(gè)正交信道，而環(huán)磁體極對(duì)間距是霍爾元件間距的 4 倍。

據(jù)上方圖 10 顯示，環(huán)形磁體為適應(yīng)雙平面?zhèn)鞲衅?IC，對(duì)磁極距尺寸優(yōu)化后，造成輸出信號(hào)產(chǎn)生 90° 相分離。而下方圖 11 中顯示了磁極距明顯較大的環(huán)形磁體。較大的磁極距無(wú)法起到優(yōu)化并適應(yīng)雙平面?zhèn)鞲衅?IC 的霍爾元件間距的作用，而是產(chǎn)生明顯較小的輸出信號(hào)相分離。由于 2D 傳感器 IC 不受磁極距影響，輸出信號(hào)仍保持正交（90° 相分離）。

下方圖 12 顯示了 2D 傳感器陣列如何實(shí)現(xiàn)不受磁鐵尺寸影響的正交傳感。

1. IC 位于南磁極。該處的垂直磁通在 Z 軸，只通過(guò)平面霍爾元件，而 X 軸處無(wú)垂直磁通。因此，各輸出信道將輸出與垂直磁通成正比的電壓。Z 信道將輸出正電壓，而 X 信道為零伏特。

2. IC 位于南 - 北磁極轉(zhuǎn)換處。現(xiàn)在的 Z 信道輸出為零，而 X 信道輸出正電壓。

3. IC 位于北磁極，造成 Z 信道輸出負(fù)電壓，而 X 信道重回零電壓。

4. IC 位于北 - 南磁極轉(zhuǎn)變處。Z 信道輸出重新歸零，而 X 信道輸出負(fù)電壓。

相分離

無(wú)論磁極距為多少，A1262 固有相分離為 90°。但是，機(jī)械位置可影響相分離。

如圖 13 所示，傳感器 IC 與旋轉(zhuǎn)軸不對(duì)齊時(shí)（切向偏移），相分離相較 90° 會(huì)偏離幾度。相分離轉(zhuǎn)變的幅度取決于的機(jī)械偏移量。該示例中，由于偏移量較大、環(huán)形磁體直徑小，影響被放大了。

總結(jié)和結(jié)論

A1262 包含新型垂直霍爾傳感技術(shù)，為轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)形磁體和電機(jī)的應(yīng)用提供理想解決方案。相比現(xiàn)有的雙通道霍爾鎖存器 IC，采用 A1262 進(jìn)行設(shè)計(jì)就容易得多，整體系統(tǒng)配置和機(jī)械封裝的限制更少、選擇更多。二維雙通道磁感應(yīng)器 IC 提供絕無(wú)僅有的靈活性，減少了環(huán)形磁體目標(biāo)輸出正交的優(yōu)化需求，同時(shí)，可選擇兩種不同的垂直感應(yīng)軸，為 IC 和 PCB 安裝提供更多選擇。

• 設(shè)計(jì)者可在四種傳感方向中任意選擇，也可在表面貼裝 (LH) 或通孔封裝 (K) 之間選擇。

• 無(wú)論環(huán)磁體如何設(shè)計(jì)，2D 傳感提供固有的輸出信號(hào)正交，可選擇使用其他應(yīng)用中現(xiàn)有的環(huán)磁體，或選擇現(xiàn)成的環(huán)磁體。

• 與舊式雙通道器件（包括采用 SOT 封裝的器件）相比，X-Z 選項(xiàng)提供的是改進(jìn)版 TEAG。

• 相較使用通孔 (SIP) 封裝傳感器的舊式器件，表面貼裝器件面內(nèi)傳感功能的使用造就了更加小巧的設(shè)計(jì)、更輕質(zhì)的系統(tǒng)和更精簡(jiǎn)的裝配步驟。

更多有關(guān) Allegro A1262 2D 霍爾效應(yīng)傳感器 IC 的信息請(qǐng)參閱 A1262 數(shù)據(jù)表，其他應(yīng)用注意事項(xiàng)請(qǐng)參閱 Allegro 設(shè)計(jì)中心。