数字位置传感器IC连续时间斩波稳定的交叉参考指南

数字位置传感器IC连续时间斩波稳定的交叉参考指南

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B.y Joseph Hollins,
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介绍

Allegro提供各种数字位置传感器，包括霍尔效应开关，闩锁和其他特殊用途。随着时间的推移和随着创新，这些霍尔效应传感器的基本架构已经从原始形式（连续时间）进入当今现代，斩波稳定的设备。

此应用程序指南将概述两个传感器类型之间的差异，并为系统设计人员提供所需的工具，以便为其系统选择合适的传感器。还提供了一种交叉参考表，其总结了在从连续时间设备升级到斩波器稳定设备时要使用的建议的替换装置。

斩波稳定vs. Continuous-Time—What Is the Difference?

通常，斩波稳定装置提供卓越的温度稳定性和应力阻力（下开关点漂移）和流线型生产流量与连续时间装置。由于缺乏修剪和使用更现代的晶片制造工艺，它们也可能具有小模糊尺寸的优点。在时间域的性能下有一个小的权衡，但在大多数应用中，这可以忽略不计。亚博尊贵会员表1总结了每种类型的典型Allegro设备之间的差异。

所有Allegro的最新传感器产品都是斩波稳定的，建议为所有设计推荐斩波稳定装置。连续时间设备的稍速响应时间和渐进式下抖动在典型应用中是微不足道的。亚博尊贵会员连续时间设备仍保留在生产中，但仅适用于具有极快移动目标的特殊应用，或计划快速动力传感器以进行超低功耗（最大电池寿命），或最大限度地减少自加热。亚博尊贵会员下面量化时域行为的差异。

Even in these special situations, the time-domain performance of continuous-time devices may not outweigh the advantages of chopper-stabilized devices in a given application.

表1：斩波稳定与连续时间传感器

参数	斩波稳定	连续时间
磁性开关点的范围？	Yes	Yes
Typical packages	SOT23（LH），SIP-3（UA），SIP-3带有无线（UC）	SOT23（LH），SIP-3（UA）
信号路径	More complex	Less complex
Hall-plate configuration	单，双重或更多	单
哈尔板偏见	Switched (“chopped”)	不变
Trimming required in Allegro production?	没有	Yes
B.OP / RP.Temperature Stability	最好	好
Stress Resistance	最好	好
上电时间	快速	最快的
最大工作频率	高	最高
输出重复性/抖动	好	好
FCoscillator?	Yes	没有
Typical CB.YPASS*	0.1μF.	0.01 μF
Recommended for all applications?	Yes / All	仅限特殊情况

*有关具体建议和指南，请参阅设备数据表。

连续时间

采用连续时间操作的传感器仅在霍尔元件上仅使用电流的一个方向，并且这种偏置电流是恒定的。这允许应用的外部磁场和电输出之间的最快响应时间。很明显，对于需要最快的输出响应时间的应用程序可能是有益的。亚博尊贵会员

磁性偏移随环境条件而变化，会影响霍尔开关阈值的稳定性（操作和释放阈值，B_op.和B._rp.那respectively). In continuous-time devices, there is no built-in circuitry to remove offsets. This is reflected in the specifications given in the device datasheet: the specified B_op.和B._rp.连续时间设备的范围比可比较的斩波稳定装置宽。

斩波稳定

When using Hall-effect technology, a limiting factor for switch point accuracy is the small signal voltage developed across the Hall element(s). This signal voltage is disproportionally small relative to the offsets that can be produced at the output of the Hall element(s). This makes it difficult to accurately process the magnetic signal over the specified operating temperature and voltage ranges.

斩波稳定用于最小化霍尔元素中的偏移。专利的Allegro技术，动态正交偏移消除（U.S.专利No.5621319,1997，现在已过期），除去热量和机械应力引起的输出偏移和漂移的关键源。该偏移稳定技术基于信号调制/解调过程。不希望的偏移信号通过调制与频域中的磁场感应信号分离。随后的磁信号解调作为偏移的调制，使得磁场感应的信号在基带处恢复其原始频谱，而DC偏移变为高频信号。然后，磁信号可以通过低通滤波器，而调制的DC偏移被抑制。该信号链配置如图3所示。当信号链可能看起来比连续时间设备的相比看起来更复杂，缺少装饰控制块，因为不需要。这导致芯片区域节省和生产校准时间。图4示出了交替的霍尔元素偏置，导致取消偏移。

In most instances, Allegro’s chopper stabilization employs an 800 kHz clock. For the demodulation process, a sample-and-hold technique is used where the sampling is performed at twice the chopper frequency. This high-frequency operation allows a higher overall sampling rate.

动态正交偏移消除将芯片脱敏于热和机械应力的影响，并导致极其稳定的静态霍尔输出电压和温度循环后的精确恢复。Allegro在专有的BICMOS晶片制造工艺中实现了这种技术，支持使用低偏移，低噪声放大器以及高密度逻辑和采样和保持电路的使用。

输出的响应时间（传播延迟）和时域重复性（抖动）略微受到斩波稳定的影响。然而，Allegro高频斩波方法最小化这些效果，在大多数应用中使它们难以察觉。亚博尊贵会员在大厅中连续切换偏置电流
element(s) creates brief, periodic interruptions in the bias current. These perturbations may be observable at the device’s supply pin, resulting in a larger recommended bypass capacitor.

P.erformance

性能数据（表2）仅是示例目的，并使用两个Allegro数字位置传感器IC收集，即A1220（斩波器稳定）和A1201（连续时间）。

宝WER-ON TIME

数字位置传感器的上电时间通过测量达到最小指定工作电压和输出处于有效状态的电源之间的时间延迟。响应外部字段生成输出边缘，B = B_rp（min）- 应用10g。（通常，申请a
较大的领域将导致观察到的上电时间降低。）

The shorter power-on time of continuous-time devices can be advantageous in applications that rapidly power-cycle the sensor for ultralow power consumption (maximum battery life) or to minimize self-heating. The total time during which the sensor must be powered to produce a valid output is less, resulting in
较低的占空比，较低的平均功耗，较少的自加热。

输出响应时间

响应时间从磁信号边沿测量到输出边缘。所施加的磁场将通过更简单的连续时间信号路径传播，比斩波器稳定的装置更快。然而，斩波稳定装置仍然在12μs内响应（见图6）。

输出响应时间对于在非常高的频率下运行的应用可能变得重要。亚博尊贵会员除了信号路径带宽之外，支持的最大工作频率与输出响应时间直接相关。

连续时间设备通常响应2μs内的磁场，使得能够达到理论为250kHz（使用每个时段的两个输出转换计算）。Chopper稳定的装置具有11.4μs的典型响应时间，并且理论上支撑操作高达近44 kHz。虽然这是连续时间设备的6：1优势，但两种情况下绝对延迟时间非常小，并且不是大多数实际应用中的因素。亚博尊贵会员对于两个设备类型，实际最大工作频率受信号路径带宽的限制。

一种n important relationship exists between ring magnet pole-pair count, target rotation speed, and device operating frequency, f. This relationship is depicted in Figure 7 and expressed in the formula below:

在这种表达式中，目标速度，RPM和目标持杆杆数，p_P.那D.etermine the effective operating frequency of the Hall-effect sensor.

JITTER

一个传感器输出的可重复性(抖动)respect to a consistent magnetic input signal is determined by the signal-to-noise ratio and the refresh rate (if chopper-stabilized). Continuous-time devices produce a constant Hall signal with very negligible delay. Chopper-stabilized devices require two or more Hall signal samples to take place before the output can be refreshed. This can contribute jitter in the output signal depending on when the magnetic signal transitions relative to the timing of the chopper stabilization phases.

例如，具有800 kHz斩波频率和4×斩波的设备（来自霍尔元素的四个角中的每一个的驱动电流）将以以下速率刷新输出状态：

图7包括环磁极对计数的几个例子和所得磁极对频率。如图所示，高密度环磁体将产生给定目标速度的增加的工作频率。但是，一切都在频率内，可以使用Allegro Hall技术测量。

该200kHz的速率等于刷新每5μs，当添加到由信号路径的其余部分所贡献的延迟时，可以导致典型的斩波稳定装置的总传播延迟为6到12μs。

下面的重复性与温度比较（见图9）表明，两个传感器类型实际上都表现出类似的性能。所示的数据是典型的6-Sigma边缘可重复性，其使用直径为100mm的60杆环环磁体。显示在X轴上的BPKPK表示磁场输入的幅度。图8包含用于量化可重复性的测量方法的示例。当这种方式测量重复性时，较小的值表示更好的性能，即少抖动。图10说明了可重复性与目标速度的变化非常稳定。

Temperature has the greatest influence on repeatability. Other contributors include magnetic field strength and consistency as well as target speed. However, the rising and falling edge repeatability for slow speeds is only marginally better than when operating at higher speeds for both the continuous-time and the chopper-stabilized devices.

温度稳定性

斩波稳定装置在连续时间装置上的温度稳定性提供了优势。当感测某些磁性材料（例如铁氧体）时，将发生在温度上的磁场强度的漂移。除非试图跟踪给定目标的显着温度漂移，对于所有温度，否则是磁性开关阈值保持恒定和在预期磁场输入范围内的理想选择。

使用斩波稳定装置实现更好的温度稳定性。由于在斩波稳定期间发生的平均和偏移消除，开关阈值变化最小化。相邻图中的数据（图11和图12）总结了磁性开关阈值参数的标准偏差从它们的典型值进行连续时间和斩波器稳定装置。

在该示例中，连续时间设备的标准偏差通常比斩波器稳定装置大3倍。

连续时间设备受到温度增加的显着影响，结果，开关阈值变化比其斩波稳定的对应更大的5倍。这可以导致劣化的边缘位置（定时）精度，并且可能需要从目标和/或较小的空气中获得更高的磁场
间隙。

示例标准磁交换机阈值参数的偏差数据如下所示（表4）。不同的工作电压对标准偏差具有可忽略的影响。

Table 4: Standard Deviation Switch Threshold Data

数据表 参数	Setup	Magnetic Threshold Parameter Standard Deviation, σ (G)
		ta = -40°C		TA = 25°C		ta = 150°C
		砍刀 - 稳定	连续- Time	砍刀 - 稳定	连续- Time	砍刀 - 稳定	连续- Time
Operate Point, BOP.	VCC = 3 V	2.24	7.33	2.23	6.01	2.78	12.03
	vcc = 24 v	2.19	7.28	2.24	6.00	2.78	12.12
Release Point, BRP.	VCC = 3 V	2.23	6.97	2.12	5.67	2.52	12.88
	vcc = 24 v	2.29	6.97	2.09	5.61	2.45	13.07
滞后， B.HYS.	VCC = 3 V	1.89	2.83	2.61	2.36	1.87	2.59
	vcc = 24 v	1.87	2.72	2.64	2.44	1.72	2.68

Cross-Reference Table

所有应用都建议使用斩波器稳定的设备。亚博尊贵会员下表应用作确定给定连续时间装置的最合适的斩波稳定更换的指南。

表5：斩波稳定交叉引用的连续时间

	设备类型	零件号	BOP.(max)	BRP.(min)	bhys.	斩波稳定的替代品
	单极 开关	A1101	175	10.	80	一种1121
		A1102	245.	60	80	一种1122
		A1103	355.	150.	80	一种1123
		A1104.	450.	35.	80	一种1121 or A1128
		A1106.	430.	160	140.	A1123或A1128
	B.ipolar 开关	A1201.	50	-50	55	一种P.S12200 or A1250
		A1202	75	-75	150.	一种P.S12200 or APS12210
		A1203.	95	-95	190	APS12210
		A1205.	50	-50	55	一种P.S12200 or A1250
	闩锁	A1210	150.	-150	300	A1222
		A1211	180	-180	360.	APS12230
		A1212	175	-175	350.	APS12230
		A1213	200.	-200	400	APS12230
		A1214	300	-300	600	APS12230

概要

斩波稳定的设备可以通过连续时间产品提供许多改进。通常，斩波稳定装置提供卓越的温度稳定性和应力阻力（下开关点漂移）和流线型生产流量与连续时间装置。由于缺乏修剪和使用更现代的晶片制造工艺，它们通常还具有较小的模具尺寸的优点。在时间域的性能中有一个小的权衡，但在大多数应用中，这可以忽略不计。亚博尊贵会员

一种ll of Allegro’s newest products are chopper-stabilized, and chopper-stabilized devices are recommended for all new applications. The slightly faster power-on and incrementally shorter output-delay time of continuous-time devices are generally insignificant. Continuous-time devices remain in production, but are only recommended for special applications, e.g.,

• 亚博尊贵会员通过打开和关闭传感器的电源来管理传感器的应用，因为连续时间设备具有更快的电源供电。
• 由于没有多相斩波动作，因此需要最高的工作频亚博尊贵会员率和绝对最低的抖动/最佳重复性的极高应用程序。

如果您的申请属于亚博尊贵会员其中一个类别，请咨询当地的Allegro现场应用工程师以确认连续时间设备是否是您设计的最佳选择。