感測方面的改進對于提供智能手機，相機和游戲控制器等消費類設備所需的改善的用戶體驗至關重要，并且還需要充分利用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的潛力。在消費類應用中，需要具有多功能功能的更智能按鈕來支持復雜的交互和基于手勢的控件。在物聯(lián)網(wǎng)中，感知微小運動或位置差異的能力使控制器可以準確推斷資產(chǎn)狀態(tài)。例如，在用于智能建筑的安全系統(tǒng)中，基本傳感器能夠檢測窗戶是否關閉，而更智能的傳感器可以通知系統(tǒng)窗戶是被鎖定還是被解鎖。

與諸如機械開關之類的替代品相比，線性霍爾效應傳感器提供了一種實現(xiàn)更復雜傳感的方法，而機械開關通常是操縱桿或游戲控制器等計算機配件中的現(xiàn)有技術。線性霍爾效應傳感器提供了高度可靠且易于設計的非接觸式位置傳感解決方案。此外，與其他非接觸式傳感設備（例如光學傳感器）相比，線性霍爾效應設備不易受到可能會造成誤差的影響。由灰塵或其他污染物遮擋光學窗造成的。線性霍爾效應傳感器已經(jīng)廣泛用于許多工業(yè)應用中，例如用于檢測旋轉閥的位置。

霍爾效應和線性傳感器

霍爾效應是指當磁場作用于導電材料中流動的電流時，在導體兩端產(chǎn)生的可測量電壓。如圖1所示，該電壓與流過的電流和垂直于導體的磁通量成正比。霍爾效應傳感器IC集成了高增益放大和其他信號調節(jié)電路，例如失調消除，以與其他邏輯或模擬電路兼容的電壓生成代表檢測到的磁通量的輸出。

圖1.使用霍爾效應傳感器IC感應磁通量。

霍爾效應器件種類繁多：帶有數(shù)字輸出的傳感器可以通過將小磁鐵嵌入蓋中而用作便攜式計算機的開/關檢測等應用中的接近開關。另一方面，線性霍爾效應傳感器能夠產(chǎn)生與磁體與傳感器的距離成比例的模擬輸出。這種類型的傳感器可以用在滑動機構中，以檢測經(jīng)過傳感器的磁體的位置。例如，當條形磁鐵移過傳感器時，輸出電壓會隨著磁通密度的變化而變化，磁通密度從磁鐵遠離時的零到由于磁鐵北極附近的最大負磁通而變化，直到磁鐵位于中心位置時變?yōu)榱阍趥鞲衅魃戏剑⒂捎谀蠘O的接近而達到最大正值。

線性設備的另一種主要工作模式是在正面感應時，即當磁體朝向或遠離傳感器表面移動時。在這種情況下，當磁體最接近傳感器時，磁通量以及輸出電壓將從零變?yōu)樽畲笏?。圖2顯示了線性霍爾效應傳感器IC的輸出電壓如何隨著磁鐵靠近IC表面而隨磁場強度變化。

圖2.線性霍爾效應器件的傳遞曲線。

霍爾元件節(jié)能應用

盡管霍爾效應最初是在19世紀發(fā)現(xiàn)的，但相對較早的商用霍爾效應傳感器IC就是集成了低噪聲放大器和能夠產(chǎn)生可用輸出電壓的信號處理電路。隨后，霍爾效應傳感器（包括線性設備）已廣泛用于工業(yè)接近和位置傳感任務，例如液位傳感和閥門位置控制。

在消費類便攜式產(chǎn)品中，線性霍爾效應傳感器提供了引入其他功能的機會，而這些功能是使用常規(guī)機械開關難以實現(xiàn)的，因為該傳感器不僅可以檢測到按鈕已被按下，而且還可以準確地確定按鈕的位置。這允許在照相電話或數(shù)碼單反相機等設備中使用多功能按鈕，其中半按可自動對焦，而全按則可釋放快門。以相同的方式，使用線性霍爾效應傳感器可使游戲控制器的按鈕控制附加功能或感測更復雜的玩家手勢。

另一方面，這些新興應用對線性霍爾效應傳感器提出了更高的要求。特別地，超低功耗已成為絕對必要的條件，以確保高級功能而不損害電池壽命。例如，通常需要由小型電池或能量收集系統(tǒng)供電的IoT設備連續(xù)運行5年，10年甚至20年。傳統(tǒng)霍爾效應傳感器所消耗的幾毫安電流可能足以阻止設計人員實現(xiàn)所需的免維護工作壽命。就消費電子產(chǎn)品而言，電池壽命的任何明顯減少都可能損害市場吸引力。

真正的微功率傳感器

在許多情況下，線性霍爾效應傳感器可用于檢測按鈕位置，當需要位置信息時，傳感器IC只需短暫運行即可。在不需要感應時，將電源管理引入IC可以幫助避免不必要的能耗。

某些傳感器，例如內置Diodes的AH8500和AH8501，具有一個Enable引腳，該引腳使主機可以控制操作模式。默認情況下，內部下拉電阻使傳感器保持睡眠模式，僅消耗8.9μA的典型電流。將使能引腳驅動為高電平可使器件進入工作模式，工作于默認采樣頻率6.25kHz且典型電流消耗為1.16mA。另外，PWM信號可用于設置高達7.14kHz的自定義采樣率。

通過提供使能引腳，這些設備適用于各種物聯(lián)網(wǎng)應用，例如智能樓宇安全或入口控制系統(tǒng)，在這些應用中，信號可用于激活傳感器。另一方面，諸如相機，手機和游戲終端之類的消費類設備可能無法預期用戶何時可能按下按鈕，因此將無法將使能引腳驅動為高電平。然而，用戶期望瞬時響應。對于此類應用，AH8502和AH8503默認情況下在微功耗模式下工作，默認采樣率為24Hz，典型功耗僅為13μA。當檢測到活動時，傳感器可以以渦輪模式運行，并在需要時提高采樣率。提供了一個控制引腳，該引腳允許系統(tǒng)將采樣率調整到最大7.14kHz，并消耗1.16mA電流。

增強的電源管理，例如在空閑狀態(tài)下關閉模擬電路和ADC，以及在周期之間應用正在申請專利的節(jié)能技術，這些設備在正常模式，睡眠模式和微功耗模式下與替代的低功耗線性模式相比，消耗的電流要低得多?；魻栃獋鞲衅?。

這些器件集成了包括8位ADC和DAC在內的信號調節(jié)電路，如圖3所示，因此可生成具有8位分辨率的模擬輸出，適用于各種IoT和消費類應用。

圖3.集成信號調理提供8位模擬分辨率

對于要求高精度的應用，AH8501（帶使能引腳）和AH8503帶有調整輸出選項，可確保精度在±3％以內。結合±3％的極低溫度系數(shù)，可確保最大靈敏度變化在±6％之內。這明顯優(yōu)于價格昂貴的替代產(chǎn)品的靈敏度精度，并且與當今市場上最昂貴的線性霍爾效應傳感器相比具有優(yōu)勢。未修整的AH8500（帶有使能引腳）和AH8502的靈敏度精度在±15％之內，并提供了在生產(chǎn)線上進行校準的靈活性。

線性霍爾效應傳感器通常在I / O上集成ESD保護，但是提供的保護級別通常僅為1kV或2kV。通過提供能夠承受6kV電壓的增強保護，AH850x系列可以更好地抵抗生產(chǎn)過程中或最終用戶手中在工廠車間遇到的危險。

增強的ESD保護減輕了對外部保護組件的需求，從而提供了諸如降低材料清單成本和節(jié)省PCB面積等優(yōu)點。增強的保護功能還使這些設備不僅可以用于消費類手機，還可以用于家用電器，例如咖啡機以及工業(yè)應用。