在日常生活中，小小的指南針，以及發(fā)燒時候使用的溫度計，這些看似微不足道的東西，其實承載了人類的進步和一項重要技術的變革——傳感器。

以我國古代的四大發(fā)明之一指南針為例，它可以感應地球的磁場，然后進行地理位置方向的定位，其實這就是典型的磁傳感器應用。而當今社會磁傳感器已被譽為世界第三大傳感器，每年都有數以億計的霍爾（Hall）傳感器在消費電子、工業(yè)自動化、汽車電子、等領域發(fā)揮著重要作用。今天小為給大家詳細分析一下霍爾傳感器的工作原理、分類、輸出特性，典型應用解決方案等內容。

霍爾效應

霍爾效應由物理學家Edwin Herbert Hall 于1879 年發(fā)現。如圖1所示，他將一塊通電的半導體矩形薄片放于垂直其表面的磁場B中，在薄片的橫向垂直于電流方向的電極出現電壓差，并且這個電壓正比于外加磁場大小，此現象被稱為霍爾效應。

圖-1 霍爾效應

這種現象的產生，是因為通電半導體片中的載流子在磁場產生的洛侖茲力的作用下，分別向薄片橫向兩側偏轉和積聚形成一個電場，稱作霍爾電場?；魻栯妶霎a生的電場力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場力和洛侖茲力相等。這時半導體薄片兩側建立起一個穩(wěn)定的電壓VH稱為霍爾電壓。

霍爾器件分為Hall元件和Hall集成電路兩類，前者是一個簡單的霍爾片，使用時常常需要將獲得的霍爾電壓進行放大；后者將霍爾片和它的信號處理電路集成在同一個芯片上稱為霍爾IC。

霍爾IC通常按輸出信號類型分為數字霍爾IC和線性霍爾IC。數字霍爾IC通過外部磁場的強弱控制輸出導通或關斷，類似開關的作用，因此常稱為開關型霍爾IC；線性霍爾IC輸出為模擬信號，輸出電壓與外部磁場的強弱通常成線性關系。

開關型霍爾IC常又分為單極型霍爾IC（Unipolar）、全極型霍爾IC（omnipolar）、鎖存型霍爾IC（Latch）、三大類。

輸出特性

☆Hall 元件

Hall元件可用多種半導體材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多層半導體異質結構量阱材料等。

（a）InSb Hall元件輸出特性

（b）GaAs Hall元件輸出特性

☆單極型霍爾IC

只對單個磁極（S極orN極）有響應。如圖2所示，S極逐漸靠近霍爾IC且施加的磁感應強度B超過工作點（BOPS）時（即B>BOP>0），輸出導通， 輸出由高變低。當S極逐漸遠離霍爾IC且磁感應強度B減弱低于釋放點(BRP)（即0<B<BRP）或撤除（B=0）時，輸出關斷， 輸出由低變高。BOP－BRP=BH稱為回差?；夭畹拇嬖谑归_關電路的抗干擾能力增強。這類IC廣泛應用于磁環(huán)境較復雜的磁極判斷產品中，如：TWS耳機、智能家居等。

圖-2 單極型Hall 輸出特性

☆全極型霍爾IC

全極霍爾IC是新型的輸出類型，其將S極和N極等同對待。如圖3所示，任何一個磁極面向標記面，且施加的磁感應強度B超過工作點（BOP）(即|B|>BOP), 輸出導通, 輸出由高變低。當磁感應強度減弱低于釋放點(BRP)（即|B|<BRP）或撤除（B=0）時，輸出關斷，輸出由低變高。這類IC 廣泛應用 PC 智能家電，三表，汽車等領域。

圖-3 全極型Hall 輸出特性

☆鎖存型霍爾IC

鎖存型霍爾IC要求S極和N極必須交替作用于霍爾IC。如圖4，當S極靠近Hall IC，且施加的磁感應強度超過工作點（BOP）（即B>BOP>0）時，輸出導通，輸出由高變低。之后無論B增加或減小，甚至將B除去，電路都保持導通態(tài)，只有達到負向的BRP時，才改變?yōu)榻刂箲B(tài)，因而稱為鎖定型。該類IC 廣泛應用于工業(yè)電機換向檢測，汽車電子等領域

圖-4 鎖存型Hall 輸出特性

☆線性霍爾IC

線性霍爾 IC輸出為模擬信號，它由霍爾元件、差分放大器和射極跟隨器組成。其輸出電壓和加在霍爾元件上的磁感強度B成比例，外加磁場超出線性磁場范圍，將不再成線性關系，直至輸出飽和，這類電路有很高的靈敏度和優(yōu)良的線性度，適用于各種磁場位置檢測。

圖-5 線性Hall 輸出特性

霍爾開關具有無觸電、低功耗、使用壽命長、響應頻率高的特點，內部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作，霍爾開關可應用于接近開關，壓力開關，里程表、無刷電機換向等應用場景。

針對以上典型應用，艾為推出了一系列完善的霍爾傳感器解決方案。

艾為AW8650X系列和AW8653X系列是兩款基于霍爾效應原理的霍爾開關傳感器芯片，擁有超寬工作電壓、微低功耗、高靈敏度、高可靠性等特點。該系列產品可為電子消費產品、穿戴產品、工業(yè)控制領域提供封裝更小、性價比更高的解決方案。

封裝形式：SOT23-3、DFN1216、DFN1114、SOT553等

圖-6 AW8650X Hall Switch典型應用圖

集成電路和智能傳感器這兩個產業(yè)都是關系制造業(yè)發(fā)展全局和國家經濟安全的基礎性、先導性和戰(zhàn)略性產業(yè)，然而磁傳感器又是我們日常生活、工業(yè)、汽車等領域應用最廣泛的傳感器，它不僅擁有高穩(wěn)定性、非接觸、性價比高、結構簡單、生產使用方便等特點，還可以應用于角度、位移、速度以及導線中電流等非磁信號檢測領域，如汽車ABS 防抱死系統、AR/VR 頭顯、云臺控制、出租車計價器、工業(yè)操作桿、直流無刷電機和變頻器等產場景，所以它的重要性自然不言而喻。

下一篇小為還將繼續(xù)和大家分享基于具體產品形態(tài)應用進行講解，敬請期待！