霍尔效应传感器

霍尔效应传感器

作者:Shaun Milano, 亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems

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抽象的

亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems是全球领先的高性能霍尔效应传感器集成电路的研发、制造和销售企业。本说明提供了对霍尔效应的基本理解，以及Allegro如何在封装半导体单片集成电路中设计和实现霍尔技术。

霍尔效应原则

霍尔效应是埃德温·霍尔的名字命名,他在1879年发现一个电压潜在发展在载流导体板当磁场穿过板在一个方向垂直于这个平面板,见图1的较低的面板。

霍尔效应背后的基本物理原理是洛伦兹力，如图1的上半部分所示。当电子沿着垂直于外加磁场的方向运动时，它受到一个力，洛伦兹力，它垂直于外加磁场和电流。

响应于该力，电子沿着导体的弯曲路径和净电荷移动，因此电压在板上发展。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，且V_H是由磁场的北或南方向决定的。利用这一特性，霍尔效应被用作磁性传感器。

在哪里：

• V_H为穿过导电板的霍尔电压，
• I是通过平板的电流，
• Q是载流子电荷的大小，
• ρn是单位体积的载流子数
• T是板的厚度。

Allegro半导体集成电路集成了霍尔元件，因为霍尔效应适用于导电板和半导体板。通过在一个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造大量的霍尔效应集成电路阵列。亚博尊贵会员

Allegro霍尔开关由由南极产生的正磁场激活。正场将打开输出晶体管并将输出连接到GND，充当有源低器件。

激活设备和打开输出晶体管所需的字段称为磁操作点，并且缩写B_人事处．当磁场移开时，输出晶体管关闭。一旦装置被激活，关闭装置所需的磁场称为磁释放点，或B_RP．B的区别_人事处和B._RP称为迟滞，用于防止由于噪声而产生的开关反弹。

Allegro还生产磁闩和线性器件。磁锁开关与一个南极(B_人事处)和关闭与北极(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当没有应用场面时。在南极的存在下，输出将在V的方向上移动_CC在北极存在的情况下，输出将向GND方向移动。Allegro拥有广泛的霍尔开关，闩锁和线性器件，适用于各种各样的应用。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集成电路，磁性数字位置传感器ic，霍尔效应的电流传感器IC， 和磁速度传感器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。

集成电路是将大量高密度的电路元件视为一个单一单元的电子结构。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。这些元件是由金属(通常是铝)连接起来的，从而构成设备中更复杂的运算放大器和比较器。图2中的霍尔开关只是一个简单的说明，但这些组件适用于所有的Allegro设备，即使是最复杂的集成电路。图2中的霍尔元件显示为带有“x”的方框。它的输出被放大，送入一个比较器，然后进入一个开放的NMOS数字输出。Allegro还生产带有两个霍尔元件的霍尔集成电路，用于感知差动磁场，甚至还有三个霍尔元件用于检测移动铁磁目标的方向。无论传感器的拓扑结构多么复杂，这些元件都是在半导体材料的薄衬底表面制造的。

HALL IC结构

Allegro器件是在硅衬底上制造的，通过直接在硅中掺杂不同的材料来制造n型(电子)或p型(电子空穴)载流子区域。这些n型和p型材料区域形成几何形状，构成集成电路的有源和无源组件，包括霍尔元件，并通过在几何形状上沉积金属连接在一起。这样，有源元件和无源元件电连接在一起。由于所需的几何形状非常小，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，当电流从板的一个角施到到相对的角时，在存在垂直磁场时，霍尔电压将在板的另一个两个角上发生。当没有应用场面时，霍尔电压将是零。在类似的时尚中，更复杂的几何形状构成有源组件，例如NPN或NMOS晶体管结构。图4示出了NPN和PMOS晶体管的横截面。

为了提高生产效率，这些电路是在基片中生长的，而它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，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中的简单开关，带有VCC、GND和一个小型3引脚单列式封装(SIP)的输出引线。其他封装可以在图8中看到，包括一个晶圆级芯片规模封装(CSP)、一个SOT23W、一个MLP、一个3针ua封装SIP和一个4针k封装SIP。

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