3 霍爾效應(yīng)傳感器概述

與簧片開關(guān)不同，霍爾效應(yīng)傳感器是也可用于檢測磁場的 IC 器件。德州儀器 (TI) 提供的一些霍爾效應(yīng)傳感器（例如 TMAG5273 和 TMAG5170）甚至可以提供具有線性輸出的 3D 空間磁感應(yīng)。其他霍爾效應(yīng)傳感器會在于特定軸上檢測到磁場時(shí)提供二進(jìn)制輸出，就像簧片開關(guān)一樣。如果我們使用 VCC 具有 1.8V 電源電壓且每秒采集 5 個(gè)樣本的 DRV5032，則平均電流消耗僅為 540nA，這為替代簧片開關(guān)提供了很好的低功耗選項(xiàng)。

霍爾效應(yīng)傳感器在存在磁場 (B) 的情況下檢測承載電流 (I) 的導(dǎo)體上產(chǎn)生的電壓差 (V)，如圖 3-1 所示。

圖 3-1 霍爾效應(yīng)傳感器工作原理和磁通方向

通過將該電物理特性集成到 IC 中，可以像使用簧片開關(guān)一樣檢測磁場。查看下面的 DRV5032 原理圖，我們會了解一個(gè)利用微控制器來檢測器件二進(jìn)制輸出的應(yīng)用示例。可通過產(chǎn)品的可用磁性閾值靈敏度變化來調(diào)整檢測距離。對于本文中包含的測試，我們使用采用 TO-92 封裝的全極 FB 版本器件。有關(guān)該器件的更多具體信息，請參閱 TI.com 上的 DRV5032 產(chǎn)品頁面。DRV5032 等霍爾效應(yīng)開關(guān)適用于需要簡單的斷開 或閉合 狀態(tài)的應(yīng)用。該器件的功耗也非常低，在每秒 5 個(gè)采樣周期的情況下功耗為納安級。這在設(shè)計(jì)工程師必須盡可能降低額外功耗的電池供電應(yīng)用中尤其有用。圖 3-2 顯示了 DRV5032 的一個(gè)示例應(yīng)用。

圖 3-2 DRV5032 應(yīng)用示例

對于更詳細(xì)的檢測場景，另一個(gè)很好的選擇是線性 3D 霍爾效應(yīng)傳感器，例如 TMAG5170（在本文檔中通篇用于測試）和 TMAG5273。這些器件更適合需要或首選 3 軸檢測的更高級的檢測方案。利用 3 軸器件，通過使用正常使用 的磁輸出作為活動(dòng)的參考點(diǎn)，可以在全部三個(gè)平面上進(jìn)行篡改檢測。如果器件的線性輸出（假設(shè)處于正常空閑狀態(tài)）顯示在任何時(shí)候都發(fā)生變化，則可以向器件所有者發(fā)送警報(bào)，告知他們傳感器已在該特定門窗上檢測到異常情況。圖 3-3 顯示了 TMAG5170 與配套主機(jī) MCU 的示例應(yīng)用。

圖 3-3 應(yīng)用方框圖

線性 3D 霍爾效應(yīng)傳感器對于需要安裝變化（例如圖 3-4 所示的安裝位置）的傳感器而言也是很好的選擇。此處的門框相對于門本身向外凸出，從而在 X 軸和 Y 軸上都產(chǎn)生了一個(gè)增量距離。雖然簧片開關(guān)在此處仍然可以工作，但由于磁體的距離和方向，放置限制更為嚴(yán)格。3 軸 TMAG 器件能夠檢測到磁體的特殊位置，從而確定相對于門框增加的偏移。

圖 3-4 典型的帶凸出門框的門裝式傳感器