数字位置传感器ICs连续时间斩波稳定交叉参考指南

数字位置传感器ICs连续时间斩波稳定交叉参考指南

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作者：Joseph Hollins，
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介绍

Allegro提供由霍尔效应开关、闩锁和其他特殊用途设备组成的各种数字位置传感器。随着时间的推移和不断的创新，这些霍尔效应传感器的基本结构已经从最初的形式（连续时间）演变成今天的现代斩波稳定装置。

本应用指南将概述两种传感器类型之间的差异，并为系统设计者提供为其系统选择适当传感器所需的工具。还提供了一个交叉参考表，其中总结了从连续时间装置升级到斩波稳定装置时使用的建议更换装置。

斩波稳定与连续时间有什么区别？

In general, chopper-stabilized devices offer superior temperature stability and stress-resistance (lower switch point drift) and a streamlined production flow versus continuous-time devices. They may also have the advantage of small die size due to the lack of trimming and the use of a more modern wafer fabrication processes. There is a small trade-off in time-domain performance, but this is negligible in most applications. Table 1 summarizes the differences between typical Allegro devices of each type.

Allegro的所有最新传感器产品都是斩波稳定的，所有设计都建议使用斩波稳定装置。在典型应用中，连续时间器件的稍快的响应时间和逐渐降低的抖动是微不足道的。连续时间装置仍在生产中，但仅推荐用于具有极快移动目标的特殊应用，或计划快速重启传感器以获得超低功耗（最大电池寿命）或最小化自加热的应用。时域行为的差异量化如下。亚博尊贵会员

即使在这些特殊情况下，连续时间设备的时域性能也可能不会超过给定应用中的斩波器稳定装置的优点。

Table 1: Chopper-Stabilized versus Continuous-Time Sensors

Parameter	斩波器稳定	连续时间
Range of magnetic switch-points?	是	是
典型包装	SOT23（LH）、SIP-3（UA）、带无源器件的SIP-3（UC）	SOT23（左侧），SIP-3（UA）
信号通路	更复杂	不太复杂
哈尔板配置	单、双或更多	单
霍尔板偏压	切换（“切碎”）	常量
Allegro生产需要修剪？	不	是
BOP/RP公司温度稳定性	最好的	去吧od
抗胁迫	最好的	去吧od
Power-On Time	Fast	Fastest
最大工作频率	高	最高
输出重复性/抖动	去吧od	去吧od
fC振荡器？	是	不
典型C旁路*	0.1μF	0.01μF
建议用于所有应用程序？亚博尊贵会员	是/全部	Special situations only

*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使用流过霍尔元件的一个电流方向，并且该偏置电流是恒定的。这使得施加的外部磁场和电输出之间的响应时间最快。很明显，对于需要最快输出响应时间的应用程序来说，这是多么有益。亚博尊贵会员

磁偏移随环境条件而变化，并将影响霍尔开关阈值（操作和释放阈值，B）的稳定性_操作和B_卢比， 分别）。在连续时间设备中，没有内置电路以删除偏移。这反映在设备数据表中给出的规范：指定的b_操作和B_卢比连续时间装置的范围比可比斩波稳定装置的范围宽。

斩波器稳定

当使用霍尔效应技术时，开关点精度的限制因素是霍尔元件上产生的小信号电压。该信号电压相对于在霍尔元件的输出端可以产生的偏移不成比例地小。这使得难以在指定的工作温度和电压范围内准确地处理磁信号。

斩波稳定用于最小化霍尔元件中的偏移。专利Allegro技术，动态正交偏移消除（美国专利号562131997，现已过期），消除了由热应力和机械应力引起的输出偏移和漂移的主要来源。这种偏移稳定技术基于信号调制/解调过程。通过调制，将非期望的偏移信号从频域磁场感应信号中分离出来。随后对磁信号的解调作为偏移的调制，使得磁场感应信号在基带恢复其原始频谱，而DC偏移变为高频信号。然后，磁信号可以通过低通滤波器，而调制的直流偏移被抑制。此信号链配置如图3所示。虽然信号链可能看起来比连续时间装置更复杂，但由于不需要微调控制块，因此缺少微调控制块。这样可以节省芯片面积和生产校准时间。图4说明了导致抵消偏移的交替霍尔元件偏置。

在大多数情况下，Allegro的斩波稳定率采用了800 kHz时钟。对于解调过程，使用样品和保持技术，其中采样以斩波频率的两倍执行。这种高频操作允许更高的整体采样率。

Dynamic Quadrature Offset Cancellation desensitizes the chip to the effects of thermal and mechanical stress and results in extremely stable quiescent Hall output voltages and precise recovery after temperature cycling. Allegro implements this technique in proprietary BiCMOS wafer fabrication processes that support the use of low-offset, low-noise amplifiers in combination with high-density logic and sample-and-hold circuits.

斩波器的稳定对输出的响应时间（传播延迟）和时域重复性（抖动）影响不大。然而，快板的高频斩波方法最小化了这些影响，使他们在大多数应用中难以察觉。连续切换大厅中的偏置电流亚博尊贵会员
元素在偏置电流中创建简要的定期中断。可以在设备的供电引脚处可观察这些扰动，从而导致更大推荐的旁路电容器。

性能

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）。

上电时间

数字位置传感器通电时间的特征是测量电源达到最小规定工作电压与输出处于有效状态之间的时间延迟。为了响应外场产生输出边，B=B_卢比(MIN)–施加10 G。（通常，应用
larger field will cause the observed power-on time to decrease.)

连续时间设备的较短通电时间在快速动力循环传感器以进行超级电力消耗（最大电池寿命）或最小化自加热的应用中，可以是有利的。亚博尊贵会员必须为传感器供电以产生有效输出的总时间较少，导致
a lower duty cycle, lower average power consumption, and less self-heating.

OUTPUT RESPONSE TIME

从磁信号边缘到输出边缘测量响应时间。外加磁场将比斩波稳定装置更快地通过简单的连续时间信号路径。然而，斩波器稳定装置仍在12μs内响应（见图6）。

Output response time can become important for applications which operate at very high frequencies. The maximum operating frequency supported is directly related to the output response time, in addition to the signal path bandwidth.

连续-time devices typically respond to the magnetic field within 2 μs, enabling operation up to a theoretical 250 kHz (calculated using two output transitions per period). Chopper-stabilized devices have typical response times of 11.4 μs and theoretically support operation up to nearly 44 kHz. While this is a 6:1 advantage for the continuous-time device, the absolute delay times are extremely small in both cases and are not a factor in most practical applications. For both device types, the actual maximum operating frequency is limited by the bandwidth of the signal path.

环磁极 - 对计数，目标转速和设备工作频率f之间存在一个重要的关系。这种关系如图7所示，并在下面的公式中表达：

在这个表达式中，目标速度RPM和目标极化数P_P，确定霍尔效应传感器的有效工作频率。

抖动

传感器输出相对于一致磁输入信号的可重复性（抖动）由信噪比和刷新率（如果斩波器稳定）决定。连续时间器件产生恒定的霍尔信号，延迟可以忽略不计。斩波器稳定的设备需要两个或更多的霍尔信号采样才能刷新输出。这可能导致输出信号中的抖动，这取决于磁信号何时相对于斩波器稳定阶段的定时转换。

例如，具有800 kHz斩波频率和4×斩波（来自霍尔元件四个角的每个角的驱动电流）的设备将以以下速率刷新输出状态：

图7包括几个环形磁极对计数和产生的磁极对频率的例子。如图所示，对于给定的目标速度，高密度环形磁铁将产生更高的工作频率。然而，所有的频率都在Allegro Hall技术可以测量的范围内。

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。

下面的可重复性与温度对比（见图9）表明，两种传感器类型实际上表现出相似的性能。所示数据是使用直径为100 mm的60极对环形磁铁的典型6西格玛边缘重复性结果。x轴上显示的BPkPk表示磁场输入的大小。图8包含用于量化重复性的测量方法示例。当用这种方法测量重复性时，较小的值表示更好的性能，即更少的抖动。图10说明了随着目标速度的变化，重复性非常稳定。

温度对重复性影响最大。其他贡献者包括磁场强度和一致性以及目标速度。然而，对于缓慢速度的升高和下降沿重复性仅优于连续时间和斩波稳定装置的更高速度操作时更好。

温度稳定性

斩波稳定装置在温度稳定性方面优于连续时间装置。当感应到一些磁性材料，如铁氧体时，磁场强度会随温度发生漂移。除非试图跟踪给定目标的显著温度漂移，否则对于所有温度，磁开关阈值保持恒定并在预期磁场输入范围内是理想的。

Better temperature stability is achieved with chopper-stabilized devices. Switch threshold variations are minimized due to the averaging and offset cancellation taking place during chopper stabilization. The data in the adjacent plots (Figure 11 and Figure 12) summarize the standard deviation of the magnetic switch threshold parameters from their typical values for a continuous-time and chopper-stabilized device.

In this example, the standard deviation of the continuous-time devices is typically 3× larger than for the chopper-stabilized devices.

连续时间器件受温度升高的影响很大，开关阈值变化比斩波稳定器件大5倍。这可能导致边缘定位（定时）精度降低，并可能需要来自目标的更高磁场和/或更小的空气
gap.

磁性开关阈值参数的标准偏差数据示例如下所示（表4）。不同的工作电压对标准偏差的影响可以忽略不计。

表4：标准偏差切换阈值数据

数据表 Parameter	安装程序	磁阈值参数标准偏差，σ（g）
		TA = –40°C		ta = 25°C		TA=150°C
		切碎机- 稳定	连续- 时间	切碎机- 稳定	连续- 时间	切碎机- 稳定	连续- 时间
操作点， 防喷器	vcc = 3 v	2.24	7.33	2.23	6.01	2.78	12.03
	VCC=24伏	2.19	7.28	2.24	6	2.78	12.12
发布点， BRP公司	vcc = 3 v	2.23	6.97	2.12	5.67	2.52	12.88
	VCC=24伏	2.29	6.97	2.09	5.61	2.45	13.07
磁滞， B海斯	vcc = 3 v	1.89	2.83	2.61	2.36	1.87	2.59
	VCC=24伏	1.87	2.72	2.64	2.44	1.72	2.68

交叉参考表

切碎机-stabilized devices are recommended for all applications. The table below should be used as a guide to determine the most suitable chopper-stabilized replacement for a given continuous time device.

表5：斩波器稳定交叉参考的连续时间

	设备类型	Part Number	bop（max）	BRP（最小值）	BHYS公司	斩波器稳定更换
	单极的 开关	A1101	175.	10	80	A1121.
		A1102	245	60	80	A1122
		A1103	355	150	80	A1123
		A1104	450	35	80	A1121或A1128
		A1106	430	160	140	A1123或A1128
	双极 开关	A1201	50	-50	55	APS12200或A1250
		A1202	75.	-75	150	APS12200或APS12210
		A1203	95.	-95年	190	APS12210
		A1205	50	-50	55	APS12200或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

Chopper-stabilized设备进攻r many improvements over continuous-time products. In general, chopper-stabilized devices offer superior temperature stability and stress-resistance (lower switch point drift) and a streamlined production flow versus continuous-time devices. They typically also have the advantage of smaller die size due to the lack of trimming and the use of more modern wafer fabrication processes. There is a small tradeoff in time-domain performance, but this is negligible in most applications.

Allegro的所有最新产品都是斩波稳定的，所有新应用都推荐斩波稳定装置。连续时间装置的稍快的通电和逐渐缩短的输出延迟时间通常是无关紧要的。连续时间装置仍在生产中，但仅推荐用于特殊应用，例如：。，亚博尊贵会员

• 亚博尊贵会员通过开关电源来管理传感器电源的应用，因为连续时间设备的通电时间更快。
• Extremely high-speed applications that demand the highest operating frequency and absolute lowest jitter/best repeatability, as there is no multiphase chopping action causing additional delay or jitter.

If your applications falls into one of these categories, please consult with your local Allegro field applications engineer to confirm if a continuous-time device is the best choice for your design.