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作者：Wade Bussing，
Allegro MicroSystems, LLC 

摘要

隨著人機(jī)界面設(shè)備的普及，人們越來越需要低成本、低功耗和外形緊湊的強(qiáng)大的非接觸式感測解決方案。小型 DFN10 封裝中的 Allegro ALS31300 3D 霍爾效應(yīng)傳感器 IC 非常適合觸發(fā)器、按鈕、旋轉(zhuǎn)、操縱桿和 2D 滑塊操縱桿應(yīng)用。高度可配置的電源管理選項(xiàng)，包括低功耗占空比模式、睡眠模式和操作喚醒，使 ALS31300 適用于電池供電的應(yīng)用，如無人機(jī)、相機(jī)平衡架，以及控制臺(tái)和移動(dòng)游戲控制器。本應(yīng)用說明探討了 Allegro MicroSystems 發(fā)售的、帶 I2C 輸出的 ALS31300 3D 線性霍爾效應(yīng)傳感器上獨(dú)特而先進(jìn)的低功率模式。

簡介

ALS31300 是來自 Allegro MicroSystems 的 3D 線性霍爾效應(yīng)傳感器 IC。感測三個(gè)軸的磁場的能力使 ALS31300 高度通用，可利用來自兩個(gè)軸的磁力數(shù)據(jù)感測任何軸運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本應(yīng)用說明將向用戶解釋專門針對特定應(yīng)用需求的應(yīng)用例子和設(shè)備配置。

ALS31300 傳感器可以在 2.65 到 3.5 V 的供應(yīng)電壓下工作，功率管理可配置性高，可讓效率最大化。ALS31300 的可用功率模式和典型供電電流如表 1 所列。

表 1：ALS31300 功率模式

  
ALS31300 的工作模式由休眠字段的值確定：地址 0x27，位 1:0。這些位可以隨時(shí)訪問，表 2 中亦有說明。

表 2：休眠寄存器

休眠模式

在休眠模式中，ALS31300 處于接近斷電的狀態(tài)，僅消耗極少量的電流（一般為 14 nA）。在這個(gè)模式下，設(shè)備仍然會(huì)響應(yīng) I²C 命令，但不會(huì)更新磁力或溫度數(shù)據(jù)。在不能禁用供電電壓但需要少量電力消耗的情況下，休眠模式非常有用。退出休眠模式的時(shí)間相當(dāng)于通電延遲時(shí)間 (t_POD)。

低功率工作周期模式 (LPDCM)

在低功率工作周期模式 (LPDCM) 下，ALS31300 在活躍和不活躍狀態(tài)間切換，減少整體電流消耗。ALS31300 在低功率工作循環(huán)模式中的平均 I_CC 取決于所使用的設(shè)置，可能在 12 μA 到 2 mA（典型）之間。

圖 1 中的圖解顯示了在低功率工作周期模式下，ALS31300 在活躍和不活躍狀態(tài)間切換時(shí)的 I_CC 簡況。

時(shí)長 t_INACTIVE 由字段低功率模式最大次數(shù)決定：地址 0x27，位 6:4。ALS31300 為 t_INACTIVE 提供八個(gè)離散的時(shí)間幀。t_INACTIVE 的典型值在表 3 中列出。t_INACTIVE 期間的典型 I_CC ≈ 12 μA。

表 3：LPDCM 不活躍時(shí)間 (t_INACTVE)

圖 1 中顯示的 t_ACTIVE 時(shí)間長度取決于兩個(gè)設(shè)定：BW Select 和活躍信道的數(shù)量。

ALS31300 的磁性感測信道通過寫入“1”到 信道 x en、信道 y en 和信道 z en 位而獨(dú)立啟用，如表 4 中所列。

表 4：信道啟用控件

BW Select 控制應(yīng)用于樣本磁性數(shù)據(jù)的篩選量。BW Select 和對應(yīng)更新比率（典型）的值在表 5 中列出。

表 5：BW Select 和更新比率

每個(gè) BW Select 值得出的噪音表現(xiàn)在表 6 中列出。

表 6：BW Select ，篩選模式和得出的噪音表現(xiàn)（與輸入端有關(guān)）

配置低功率工作周期模式

本章節(jié)將說明如何根據(jù)若干頂級系統(tǒng)要求配置低功率工作周期模式 (LPDCM)。在為 ALS31300 配置低功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用戶應(yīng)考慮具體應(yīng)用的目標(biāo)。本章節(jié)中的截屏來自 Allegro 軟件門戶上提供的 ALS31300 演示軟件。

LPDCM 例子

假設(shè) ALS31300 用在一個(gè)大約每 500 μs 就需要 X 和 Y 兩個(gè)信道的新全分辨率磁性數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中。

首先，在 EEPROM 選項(xiàng)卡下啟用 X 和 Y 磁信道，禁用 Z 信道。帶寬選擇值設(shè)置為代碼“0”，以實(shí)現(xiàn)滿量程分辨率。請參閱圖 2 中的截屏。注：出廠時(shí)，Allegro 會(huì)啟用所有信道。

接下來，設(shè)置 LPM Count Max 的值，這個(gè)值控制 t_INACTIVE 的時(shí)間長度。重新參考表 3，t_INACTIVE ≈ 500 μs 的對應(yīng)代碼是代碼“0”。設(shè)置 LPM Count Max 后，將休眠字段設(shè)為“2”即可使設(shè)備進(jìn)入 LPDCM。這些可變設(shè)定在圖 3 的截屏中顯示。

得出的 I_CC 概況文件在圖 4 的范圍圖中顯示。不活躍時(shí)間 (t_INACTIVE)、活躍時(shí)間 (t_ACTIVE)、I_CC(ACTIVE) 和 I_CC(INACTIVE) 等主要參數(shù)均已突出顯示。

請注意，即使 ALS31300 返回不活躍狀態(tài)，I²C 命令也仍然會(huì)得到處理。這是因?yàn)?I²C 時(shí)鐘 (SCLK) 在不同于主系統(tǒng)時(shí)鐘的獨(dú)立網(wǎng)域中處理。

在圖 4 中，ICC 是使用示波器的不同探針（圖 5）在 VCC 串聯(lián)電阻器上測量電壓而觀測的。

估算 I_CC 消耗

平均電流消耗可以根據(jù)圖 4 中的范圍圖和 t_ACTIVE、t_INACTIVE、I_{CC（活躍）}和 I_{CC（不活躍）}典型值估算。請記住，時(shí)間長度 t_ACTIVE
是 BW Select 設(shè)置和活躍信道的合并結(jié)果。

本例子中每個(gè)參數(shù)的典型值在表 7 中概括。

表 7：主要 LPDCM 參數(shù)的典型值

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