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关于AKM
霍尔IC的原理与分类
#07 磁传感器基础知识
霍尔IC是一种能够进行高/低电平数字信号输出的传感器，便于后端驱动器和微控制器进行数据处理，因此被广泛应用于各种白色家电和工业设备中。本页将介绍霍尔IC的原理和分类。
霍尔IC的原理
霍尔IC由霍尔元件和信号处理IC组成，通过信号处理IC将霍尔元件的输出电压进行比较，转换成高/低电平数字信号后输出（图1）。因此霍尔IC无法像霍尔元件一样输出“施加的磁场大小”等详细信息，却能够很快捷地得到“是否存在磁铁”等数字信号输出。
霍尔IC的输出电压范围是由输出的上拉电压确定的，因此在上拉电源电压时，将霍尔IC的电源电压与后端微控制器的输入电压范围相匹配，能够让微控制器更好的接收信号。
图1：工作电路（参考图）
霍尔IC的分类
根据检测磁极的不同，霍尔IC可分为开关式霍尔IC（单极检测和双极检测）和锁存型霍尔IC。根据内部IC的驱动方式，又可分为连续驱动型霍尔IC和间歇驱动型霍尔IC。
◆ 根据检测磁极进行分类
开关式霍尔IC
(1) 单极检测
仅使用单极（S极或者N极）进行工作的霍尔IC。当S极工作时，施加N极磁场或者S极距离足够远、无磁场时，输出为高电平。
如图（2a）所示，将磁铁的S极靠近霍尔IC，当施加在霍尔IC上的磁场超过图（2b）中的Bop时，输出变为低电平。
在输出为低电平的状态下，将磁铁远离霍尔IC，S极的外加磁场低于Brp时，输出变为高电平。
* 旭化成微电子（AKM）提供的开关式霍尔IC为S极单极检测产品。
图（2a） 单极（S极）检测霍尔IC和磁铁的布置示例
图（2b） 单极（S极）检测霍尔IC的工作示例
(2) 双极检测
使用双极（S极和N极）进行工作的霍尔IC。当磁铁距离足够远、无磁场时，输出为高电平。
如图（3a）所示，将磁铁的S极或者N极靠近霍尔IC，当施加到霍尔IC上的磁场超过图（3b）中的Bop时，输出变为低电平。
在输出为低电平的状态下，将磁铁远离霍尔IC，外加磁场低于Brp时，输出变为高电平。
双极检测霍尔IC适用于磁铁安装方向不固定的场景。
* 旭化成微电子（AKM）没有此类型产品。
图（3a） 双极检测霍尔IC和磁铁的布置示例
图（3b） 双极检测霍尔IC的工作示例
如图（3c）所示，双极检测霍尔IC中，包含一种S极和N极输出端子独立运行的双输出型霍尔IC。双输出型霍尔IC在磁铁距离足够远、无磁场时，S极输出和N极输出均为高电平。
当磁铁靠近时，任一磁极端超过Bop(*1)时，输出切换为低电平。
双输出型霍尔IC存在S极和N极两种输出端子，适用于需要检测磁铁极性的场景。
* 旭化成微电子（AKM）没有此类型产品。
*1 当一块S极、一块N极的两块磁铁同时靠近施加磁场时，磁铁之间的磁场会相互抵消，两个输出端子不会同时输出高电平。
图（3c） 双极检测双输出型霍尔IC的工作示例
锁存型霍尔IC
锁存型霍尔IC通过交替感应S极和N极的磁场进行工作。通常S极一侧为Bop，N极一侧为 Brp。
当施加在霍尔IC上的S极磁场超过Bop时，输出为低电平。之后，如图（4a）所示，将磁铁旋转，使施加在霍尔IC上的磁场减小到无磁场，输出仍维持为低电平（图4b）。
如果磁铁进一步旋转，向霍尔IC施加超过Brp的N极磁场，则输出切换为高电平。此后，即使磁铁旋转，磁场发生变化，霍尔IC的输出也会保持不变，直到S极磁场超过Bop。
这种霍尔IC由于在外加磁场的极性发生变化前，输出类型维持不变（锁定），因此被称为锁存型霍尔IC。
图（4a） 锁存型霍尔IC和磁铁的布置示例
图（4b） 锁存型霍尔IC的工作示例
◆ 根据驱动方式进行分类
连续驱动型霍尔IC
连续驱动型霍尔IC是较为常用的霍尔IC，适用于磁场变化快的应用，例如电机中的磁场检测。
间歇驱动型霍尔IC（低功耗霍尔IC）
间歇驱动型霍尔IC适用于以电池驱动、有低功耗要求的应用，例如各类移动设备。如图（5）所示，霍尔IC在“休眠”状态和“工作”状态之间周期性切换，“工作”状态下进行磁场检测并确定输出信号，“休眠”状态下维持此信号输出。休眠状态越长，功耗越低，但不适用于磁场变化快的应用。间歇驱动型霍尔IC的代表性应用有手提电脑的开关检测等。
* 旭化成微电子（AKM）没有此类型产品。
图（5） 间歇驱动型霍尔IC的工作示例
◆小贴士
霍尔IC为什么会存在磁滞？
霍尔IC的信号输出从高电平变成低电平的磁场值（Bop）和从低电平变成高电平的磁场值（Brp)是不同的。这种磁场差被定义为磁滞（Bh，Bh = Bop - Brp）。设置磁滞的目的是防止霍尔IC发生误读故障。
如果不设置磁滞，那么Bop=Brp。如果刚好施加这个磁场，霍尔IC的输出会因磁场的微小变化（磁场噪声）而变得时高时低，这种现象被称为振荡（图6a）。因此，需要在Bop和Brp之间设置磁滞，以防止振荡，从而避免工作故障（图6b）。
图（6a） 霍尔IC无磁滞时的噪声影响
图（6b） 霍尔IC设置磁滞达到的效果
