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微功耗A32XX系列霍尔开关

2017-08-04 04:44 摘要：Ａ３２ｘｘ 系列霍尔开关型传感器是美国Allegro Microsystemｓ公司生产的微功耗霍尔开关芯片，文中介绍了这种霍尔开关器件的特性原理和封装形式，分析了Ａ３２ｘｘ器件的构成原理和工作特性，给出了Ａ３２ｘｘ系列器件在低功耗应用时的限制条件。

１　概述

美国Ａｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ公司生产有各种类型的磁敏感（霍尔）器件，其中Ａ３２ｘｘ系列是一组微功耗霍尔开关型传感器。该系列有Ａ３２０９、Ａ３２１０、Ａ３２１２等三种器件，它们的共同特点为工作电压和功耗极低、不依赖于磁极，即任何磁极都能使其动作（开关导通）、超敏感、数字锁存输出等。特别适用于电池供电的手持设备，如手机、传呼机、无绳电话、掌上电脑等。

Ａ３２ｘｘ系列的２．５Ｖ～３．５Ｖ低工作电压和内部定时工作结构降低了器件的平均功耗。Ａ３２０９的功耗为４００μＷ、Ａ３２１０为２５μＷ、Ａ３２１２为１５μＷ。该系列中各型号产品除了平均工作电流、磁灵敏性、工作时间和休眠时间比（以下称忙闲比）有差异外，其它特性几乎一样。

该产品通过斩波调零（动态消除失调）技术来改善其稳定性，从而使残余失调电压得以降低。这些失调电压通常是由器件成型过程、温度系数和热应力产生的。该产品在一个硅晶片上集成了霍尔电压产生器、小信号放大器、斩波稳零器、锁存器和ＭＯＳ-ＦＥＴ输出驱动器。先进的ＢｉＣＭＯＳ工艺使该产品具有低工作电压、极低功耗、极低失调误差和很小的几何尺寸等特点。

该产品有两种封装形式，一种是三脚贴片微小型封装，后缀为“ＬＨ”，如图１(ａ)；另一种是三脚直插封装，后缀为“ＵＡ”，如图１(ｂ)。

２ 低功耗特点

Ａ３２ｘｘ系列产品内部有一个定时电路，其作用是定时激活（也称唤醒）霍尔传感器以使其工作一段时间后，再定时使传感器休眠一段时间。传感器的工作时间加上休眠时间为一个定时周期，如图２所示。传感器的工作时间对不同的器件是不一样的，Ａ３２０９、Ａ３２１０为６０μｓ煟粒常玻保参４５μｓ。定时周期对不同的器件也是不一样的，其中Ａ３２０９为４８０μｓ、Ａ３２１０为６０ｍｓ、Ａ３２１２为 ４５ｍｓ。在短暂的唤醒时间内，传感器进行采样测量并在定时脉冲的下降沿将数据锁存。而在休眠时间内，器件的输出为最近一次采样的结果。该器件的电源电流不受输出状态的影响。

３　动态斩波技术

霍尔器件可以被看成类似于惠斯顿电桥的一组电阻阵列，这些电阻的匹配是造成器件失调的主要因素，而器件的成型过程、热应力和温度系数则是造成电阻不匹配的最主要因素。Ａ３２ｘｘ系列产品采用动态斩波技术消除失调，并通过内部集成的高频时钟控制ＣＭＯＳ开关来动态改变流过器件的电流方向和霍尔电压测量端内部采样保持电路所捕获的霍尔电压信号，然后通过低失调的双极电路进行处理，以使得电阻不匹配所造成的残余失调电压能相互抵消。该技术使Ａ３２ｘｘ器件具有极稳定的静态霍尔输出电压，而与热应力无关。图３为该技术的工作过程示意图，其中图３（ａ）、（ｂ）为技术原理图、图３（ｃ）为电路技术结构图。