霍尔效应传感器

霍尔效应传感器

Shaun Milano, All亚博棋牌游戏egro MicroSystems

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摘要

亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems是世界领先的开发、制造和销售高性能霍尔效应传感器集成电路的公司。本笔记提供了一个基本的了解霍尔效应和如何Allegro设计和实现霍尔技术的封装半导体单片集成电路。

霍尔效应原则

霍尔效果以埃德文厅命名，在1879年，当磁场在垂直于板的平面的方向上穿过板时，当磁场穿过板时，展开电压电位在电流携带的导电板上产生。图1。

霍尔效应背后的基本物理原理是洛伦兹力，其在图1的上部面板中示出。当电子沿着方向移动时，垂直于所施加的磁场，它经历了力，F，洛伦兹力，即施加的场和电流正常。

在这个力的作用下，电子沿着导体沿着弯曲的路径移动，一个净电荷，也就是一个电压，在平板上产生。这个霍尔电压，V_H，遵守下面的公式，显示v_H与外加场强成正比，V_H由外加磁场的方向，北或南决定。利用这一特性，利用霍尔效应作为磁传感器。

地点:

• V._H是导电板上的霍尔电压，
• 我是通过板的电流，
• Q是电荷载体的电荷的大小，
• ρn是单位体积载流子数，和
• T是板的厚度。

Allegro半导体集成电路集成了一个霍尔元件，因为霍尔效应适用于导电板和半导体板。通过在完全集成的单片集成电路中使用霍尔效应，可以测量磁场强度，并为许多不同的应用创建一个巨大的霍尔效应集成电路阵列。亚博尊贵会员

阿莱格罗霍尔开关是由南极产生的正磁场激活的。正场将打开输出晶体管，并将输出连接到地，作为一个有源低电平器件。

激活该器件并使输出晶体管打开所需要的磁场称为磁工作点，缩写为B_人事处．当磁场被移开时，输出晶体管就被关闭。一旦设备被激活，关闭它所需要的磁场称为磁释放点，或B_rp.．答案:B_人事处和B_rp.称为滞后，用于防止由于噪声引起的开关反弹。

Allegro还制造磁闩和线性装置。磁闩锁打开南极（B_人事处)和开关与北极(B_rp.）。要求北极停用闩锁将闩锁与简单的开关分开。因为当删除字段时，它们不会关闭，因为它们在当前状态下“锁存”输出，直到应用相对的场。闩锁用于检测用于电动机换向或速度感测的旋转磁体。

线性器件具有模拟输出，用于线性位置感测线性编码器，例如汽车节气门踏板位置传感器。它们具有标称值的比例输出电压_CC./ 2时没有应用字段。在南极存在的情况下，输出将沿V的方向移动_CC.在存在北极的情况下，输出将朝着GND的方向移动。Allegro拥有广泛的霍尔开关，闩锁和适用于各种应用的线性装置。亚博尊贵会员请参考Allegro产品选择指南：磁线性和角位置传感器ic那磁性数字位置传感器IC那霍尔效应的电流传感器IC,磁速度传感器IC．

利用霍尔效应

Allegro Hall效果集成电路（IC）通过将霍尔元素与其他电路（例如OP-AMPS和比较器）结合使用霍尔元件来实现霍尔效果，以制造磁激活开关和模拟输出设备。可以使用简单的霍尔开关，例如图2中所示的开放NMOS器件，以确定是否存在磁体，并响应数字输出。

集成电路是一种具有大量高密度电路元件的电子结构，被视为一个单一单元。电路元件包括有源元件如晶体管和二极管，以及无源元件如电阻、电容和电感。这些部件由金属(通常是铝)互连，组成更复杂的运算放大器和设备的比较器。图2中的霍尔开关用于一个简单的说明，但这些组件被用于所有的Allegro设备，即使是最复杂的ic。图2中的霍尔元件显示为带有“x”的方框。它的输出被放大，馈入比较器，然后到开放的NMOS数字输出。Allegro还制造了两个霍尔元件用于感知差分磁场，甚至三个霍尔元件用于移动铁磁目标的方向检测的霍尔ic。无论传感器的拓扑结构多么复杂，元件都是在半导体材料的薄衬底表面制造的。

霍尔集成电路结构

Allegro器件是在硅衬底上制造的，通过使用不同的材料直接掺杂到硅中，来创建n型(电子)或p型(电子空穴)载运区域。这些n型和p型材料区域形成几何图形，构成集成电路的有源和无源组件，包括霍尔元件，并通过在几何图形上沉积金属连接在一起。通过这种方式，有源和无源元件被电连接在一起。由于所需要的几何形状非常小，在微米范围内，有时甚至更小，电路密度非常高，允许在非常小的硅面积上进行复杂的电路。

所有主动和被动元件在基板内生长的事实，或者沉积在硅上，使它们远离硅，并且真实地将它们识别为单片集成电路。图3显示了Hall元素如何集成到Allegro IC中。它只是掺杂硅的区域，产生一个将导电电流的n型板。

如前所述，当电流从极板的一个角被强迫到另一个角时，当存在垂直磁场时，霍尔电压将在极板的其他两个角上发展。当没有施加磁场时，霍尔电压将为零。以类似的方式，更复杂的几何结构组成了有源元件，如NPN或NMOS晶体管结构。图4显示了NPN和PMOS晶体管的截面。

为了提高生产效率，这些电路是在基片上生长的，而基片仍然是一个大的晶圆。电路以行和列的模式重复，可以锯成单个的模具，或“芯片”，如图5所示。

可以在图6中看到单个Allegro霍尔效应传感器IC器件。这是具有功能框图的简单开关，如图2所示。所有电路包括在IC上，包括可以看到的霍尔元素芯片中间的红色正方形以及放大器电路和保护二极管以及实现设备功能所需的许多电阻器和电容器。

大厅设备包装

在将硅晶片行和柱子锯成单独的模具后，然后将管芯打包以供个体销售。完整的包装是许多可能的样式之一，如图7所示。在壳体内看到模具，安装在铜模具垫上。通过从模具表面上的金属焊盘上的金线键合到电隔离封装引线上，使其接触。然后将包装封装或包覆成型，用塑料保护芯片免受损坏。

图7中的封装是图2的简单开关，带有VCC、GND和一个微型3引脚单直插封装(SIP)的输出引脚。其他封装如图8所示，包括一个晶片级芯片规模封装(CSP)、一个SOT23W、一个MLP、一个3引脚ua封装SIP和一个4引脚k封装SIP。

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