原标题：数字磁传感器基础知识

　　数字磁传感器是一种设备，其中输出开关在外部磁场的存在影响下在ON和OFF状态之间切换。这种类型的设备，基于物理原理 霍尔效应, 被广泛用作接近、定位、速度和电流检测传感器。与机械开关不同，它们是一种持久的解决方案，因为它们没有机械磨损，即使在特别恶劣的环境条件下也能运行。数字磁传感器正变得越来越普遍，特别是在汽车和消费电子领域，这要归功于非接触式操作、无需维护、坚固耐用以及对振动、灰尘和液体的免疫力等特性。

　　例如，在汽车行业，这些传感器用于检测位置、距离和速度。在发动机内部，它们用于识别曲轴的位置，在乘客舱中，它们用于检测座椅和安全带的位置(操作安全气囊控制系统的基本信息)，在车轮上，它们检测 ABS 所需的旋转速度。

　　工作原理

　　每个磁性传感器的核心由霍尔元件表示，其输出电压(也称为霍尔电压，用 V 表示)H) 与通过半导体材料的磁场强度成正比。由于该电压非常低，约为几微伏，因此有必要在设计其他组件时包括运算放大器、电压比较器、稳压器和输出驱动器。根据输出类型，磁传感器分为线性和数字，其中模拟输出电压随磁场强度线性变化，在数字中，输出只能呈现两种状态。在这两种情况下，VH 电压满足以下公式：

　　在H = RH ·((乙·I) / t)

　　其中：VH 是以伏特为单位的霍尔电压，RH 是霍尔效应系数，I 是流过传感器的电流，单位为安培，t 是传感器的厚度，单位为 mm，B 是以特斯拉为单位的磁通密度。 图1 显示了通用线性霍尔效应传感器的框图，而 图2 指数字传感器。霍尔元件表示为 图1 通过带有“X”的方框，根据类型，传感器可能包括相同类型的多个单元(需要两个用于检测差分磁场，三个用于检测方向或运动)。为了增加接口的灵活性，模拟传感器通常包括一个发射极开路、集电极开路或推挽晶体管，连接到差分放大器的输出端。两种方案之间的主要区别在于，具有数字输出的传感器包括一个内置迟滞的施密特触发器，连接到运算放大器。

　　当通过传感器的磁通量超过某个阈值时，输出从OFF切换到ON。迟滞用于消除传感器进入和离开磁场时输出信号的任何振荡。基于霍尔效应的器件分为单极和双极传感器。双极传感器需要正磁场(南极)才能工作，需要负磁场(北极)才能释放。单极传感器需要单个磁极(南极)才能操作和释放。此外，传感器通常设计为在没有电磁场的情况下产生OFF状态(开路)的输出，并在受到足够强度和正确极性的磁场时产生ON状态(闭路)的输出。

　　应用

　　无论何种特定类型的应用，霍尔效应传感器正确操作的基本要求是磁通线始终垂直于传感器表面并具有正确的极性。数字磁传感器的应用很多，包括汽车、消费电子、电子医疗系统、电信、工业过程控制。位置传感器用于检测磁体和传感器之间的滑动运动，两个元件放置在非常短的距离内。当传感器向南移动时，磁铁和传感器之间的相对运动会产生正磁场，当传感器向北极移动时，会产生负磁场。

　　有几种技术可用于确定位置：例如，如果应用需要有限和离散的位置，则可以使用简单的开关，而对于需要更高精度的应用，线性器件可以与微处理器结合使用。位置或接近传感器也可用于监测液体液位，应用于洗衣机或洗碗机等家用电器。在这种情况下，多个霍尔开关与放置在浮子上的磁铁结合使用。

　　当浮子在管内上升时，位于外壳外部的相应分立开关被激活，提供水位的数字指示。另一个重要应用涉及直流无刷电机，其速度由电气而不是机械换向控制。在这方面，三个数字磁传感器位于电机定子上，而永磁体放置在转子轴上。汽车行业已成为全球磁场传感器市场的领导者，占市场份额的40%以上。将多种安全功能集成到汽车中的需求不断增长，为霍尔传感器创造了机会，霍尔传感器在电子稳定控制系统 (ESC) 和防抱死制动系统 (ABS) 等多种安全相关应用中得到利用。

　　用于位置检测的数字磁传感器的一个例子是 Allegro MicroSystems A1210-A1214 设备系列。A121x 系列传感器已通过 AEC-Q100 汽车应用认证，具有高可靠性，可在扩展温度范围内稳定连续运行，具有强大的 EMC 性能和高 ESD 额定值。A1210-A1214 霍尔效应锁存器在单个硅芯片上包括以下功能：稳压器、霍尔电压发生器、小信号放大器、施密特触发器和 NMOS 输出晶体管。

　　当垂直于霍尔元件的磁场超过工作点阈值时，这些器件的输出切换为低电平(开启)。传感器具有闭锁行为，即足够强度的南极打开设备，并且在移除南极后也保持打开状态。当磁场降低到释放点以下时，传感器输出变为高电平(关闭)。磁性工作点和释放点的差异是器件的滞后。

　　磁性传感器也适用于精确检测角度位置。一个例子是 艾迈斯半导体 AS5048A/AS5048B 磁性旋转编码器，一种为360°角位置检测提供14位高分辨率输出的传感器。图 3 显示了该器件的主要功能模块：霍尔传感器、模数转换器和数字信号处理。磁体的绝对位置可通过PWM输出直接访问，并可通过标准SPI或高速I²C接口获取，具体取决于版本。零点位置可通过SPI或I²C命令进行编程，简化了整个系统，因为磁体不需要机械对准。传感器可承受错位、气隙变化、温度和外部磁场变化。可靠性、坚固性和宽温度范围使其成为恶劣工业和医疗环境中旋转角度传感的理想选择。

　　结论

　　数字磁性霍尔效应传感器因其坚固性、耐用性和可靠运行而广为人知，适用于任何位置传感应用。无论是简单地检测笔记本电脑盖的关闭，还是执行复杂的电机换向和精确的位置测量，霍尔效应传感器即使在最恶劣的环境条件下也能极其精确地感应位置。