【技术】探讨霍尔效应概念以及霍尔效应传感器工作原理

时间： 2021-10-19 来源：SLKOR

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霍尔效应是什么？在本文中，SLKOR将介绍将霍尔效应的概念以及霍尔效应传感器的工作原理。霍尔效应是最常见的测量磁场的方法，霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall 1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔器件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

霍尔效应传感器器件分为：霍尔元件（Hall element）和霍尔集成电路(Hall IC)两大类，前者是一个简单的霍尔片，使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。霍尔集成电路是随着半导体集成电路工业的发展近20年才出现的产品，但因它体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污污染，成本低等优点，使其得到了极其广泛的应用。

霍尔集成电路有很多其他称呼，如：霍尔效应集成电路(Hall Effect IC)，霍尔效应传感集成电路(Hall Effect Sensor IC)，霍尔传感器(Hall Sensor)，霍尔电路，霍尔IC。Hall有时也被翻译成霍耳，所以也可称霍耳集成电路等。以下简称霍尔IC。

霍尔IC通常按输出信号类型分为数字霍尔IC和线性霍尔IC。数字霍尔IC通过外部磁场的强弱控制输出导通或关断，类似开关的作用，因此常称为开关型霍尔IC。线性霍尔IC输出为模拟信号，输出电压与外部磁场的强弱通常成线性关系。

开关型霍尔IC常又分为单级型霍尔IC（Unipolar）、锁定型霍尔IC（Latch）、双级型霍尔IC（Bipolar）、全级型霍尔IC（Omnipolar）四类。为便于说明，按通常约定，当外加磁场的南极(S极)接近霍尔IC打有标志的一面时，作用到霍尔IC上的磁场方向为正，当北极 (N极)接近标志面时，磁场为负。

单级型霍尔IC：经常被称为开关霍尔IC、霍尔开关（Hall Switch）、霍尔效应开关（Hall Effect Switch）。只对单个磁极（常为S极）有响应。如图1，大多数单极霍尔IC，当S极面向标记面，且施加的磁感应强度B超过工作点（BOP）时（即B>BOP>0），输出导通, 输出由高变低。当磁感应强度减弱低于释放点(BRP)（即0<B<BRP）或撤除（B=0）时，输出关断, 输出由低变高。单级型霍尔IC在上电过程中如果外部磁场大于BOP，输出初始状态将为导通。相反，如上电过程中外部磁场小于BOP，输出初始状态将为关断。上电状态可确定是单级型霍尔IC的一个重要特性。

锁定型霍尔IC：必须S极和N极交替作用于霍尔IC。如图2，大多数锁存型霍尔IC，当 S极面向标记面，且施加的磁感应强度超过工作点（BOP）（即B>BOP>0）时，输出导通, 输出由高变低。当磁感应强度减弱直至撤除（B=0），输出保持导通。当N极面向标记面，且施加的磁感应强度超过释放点（BRP）（即B<BRP<0）时，输出关断, 输出由低变高。锁定型霍尔IC上电过程中，如果外部磁场处于BOP和BRP之间，输出初始状态将不确定。

全级霍尔IC：是较新出现的类型，将S极和N极等同对待。一般情况下，如图3，任何一个磁极面向标记面，且施加的磁感应强度B超过工作点（BOP）(即|B|>BOP)，输出导通, 输出由高变低。当磁感应强度减弱低于释放点(BRP)（即|B|<BRP）或撤除（B=0）时，输出关断, 输出由低变高。也有部分与以上输出状态相反的全级霍尔IC。全级霍尔IC这一类似干簧管的特性，在许多用于替换干簧管以提高可靠性。

双级型霍尔IC：是比较早期的一种类型，最初因半导体工艺限制，生产出较的霍尔IC灵敏度分布范围很大，一致性差。同一型号霍尔，如图4，部分是锁存型的(中间曲线)，部分是单极型的（右边曲线），部分是N极单极型的（右边曲线），是三种的混合体。往往指标只给出最大BOP(>0)和最小BRP(<0)，任何一颗双级型霍尔IC，不能确定是单级型霍尔IC、锁定型霍尔IC或负单极霍尔IC。目前，新型号中很少再有双级型霍尔IC。注意，很多用户会把双级型霍尔IC误认为（或称为）是锁定型霍尔IC，也有误认为（或称为）是全极型霍尔IC。

线性霍尔IC：输出为模拟信号，输出电平在一定的范围类与外加磁场成线性关系，称为线性磁场范围。外加磁场超出线性磁场范围，将不再成线性关系，直至输出饱和，有最低输出饱和电压和最高输出饱和电压。

以上是简单常用的霍尔IC，除了这些，近几年还出现了一些集成度高、功能复杂的专用霍尔 IC，如差分霍尔IC(双霍尔 IC)，集成 ADC、DAC 和信号处理电路的旋转位置传感器、三轴位置传感器，集成了电机控制和驱动电路的无刷电机驱动芯片。此外，利用霍尔原理设计的电流传感器IC也是霍尔IC的一大类别。

随着手机、笔记本电脑、DV 等便携式设备的普及，对霍尔IC的功耗提出要求，由此产生了一类新的霍尔IC—微功耗霍尔IC。它是数字霍尔IC按功耗单独分出的一类，其内部采用休眠机制降低功耗，平均功耗可以达到μA级。它也可按功能分为单级型霍尔IC、锁定型霍尔IC、和全级霍尔IC三类。这类一般用于电池长期供电的系统。

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2022/10/9 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

手机中的砷化镓霍尔元件：以小尺寸，见大精彩

苏州矩阵推出的MG1A01、MG1C01等DFN封装的霍尔元件采用先进的DFN封装技术，具有小型化、便于集成等特点，非常适合于空间受限的应用场景。霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，具备优异的磁场响应特性和稳定性，能够在各种环境下提供精准的磁场测量。

2024-06-07 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

CC6201 全极型微功耗霍尔效应开关

CC6201是一款微功耗、高灵敏度、全极性霍尔效应开关传感器，适用于电池供电的便携式电子产品。它具有磁场辨别全极性、低功耗、快速反应速度、良好的温度稳定性和开关点漂移低等特点，提供SOT23-3和TO-92S两种封装。

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2023-09 - 数据手册 - rev1.9 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

AS1890磁性传感器IC全极检测高性能低功耗霍尔效应传感器IC

该资料介绍了ANGSEMI公司的AS1890磁传感器集成电路（IC）。这款芯片采用低功耗CMOS工艺，适用于电池供电的低功耗、高性能全极性霍尔效应应用，如翻盖开关、非接触式开关、固态开关和闭合传感器等。它具有高灵敏度、微功耗、无需外接上拉电阻等特点，并支持多种封装形式。

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15, Jan. 2017 - 数据手册 - Version 1.4 代理服务技术支持采购服务

【IC】昂赛微高性能单极性霍尔效应传感器芯片AS1918，输入电压范围1.65~5.5V，用于蓝牙耳机等领域

在蓝牙耳机充电仓方面，昂赛微推荐使用单极性磁控开关AS1918，它具有高精度、快速响应、低功耗等优点，能够实现耳机与设备的无线连接和自动配对：仓合开启，芯片输出高电平，仓合关闭，磁控开关输出低电平，耳机和手机蓝牙断开。

2024-09-04 - 产品代理服务技术支持采购服务

CC6212 全极型微功耗霍尔效应开关 DATASHEET

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SC2063/4超低功耗全极性开关霍尔效应传感器

该资料介绍了Semiment公司生产的SC2063/4型超低功耗全极性霍尔效应传感器。这款传感器适用于电池敏感的系统，具有极低的功耗（1.2 µA），工作电压范围为1.65V至5.5V。它提供推挽和开漏输出选项，支持多种磁通密度阈值、采样速率、输出驱动器和封装类型，以适应各种应用需求。

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2022-03-18 - 数据手册 - Rev0.1 代理服务技术支持采购服务

AS1821 S极和N极双路输出低功耗霍尔效应传感器IC数据手册

该资料详细介绍了ANGSEMI公司生产的AS1821磁传感器集成电路。该产品是一款低功耗、高性能的单极检测双输出霍尔效应应用集成电路，适用于电池供电应用。它具有高灵敏度、低功耗、微功耗等特点，适用于各种开关和传感器应用。

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25, Oct. 2021 - 数据手册 - Version 1.3 代理服务技术支持采购服务

【产品】单极检测霍尔效应传感器AS1910，采用低功耗CMOS工艺，输入电压范围1.65V至5.0V

昂赛微AS1910是一款单极检测霍尔效应传感器，采用低功耗CMOS工艺，设计用于低功耗、高性能单极检测霍尔效应应用，如电池供电的盖板开关、非接触式开关、固态开关和盖板关闭传感器等。该霍尔IC集成了一个用于磁感应的片上霍尔电压发生器、一个放大霍尔电压的比较器、一个斩波放大器、一个施密特触发器（为噪声抑制提供开关磁滞）和一个互补输出。

2022-08-23 - 产品代理服务技术支持采购服务

60V霍尔效应双极传感器SLSS41F，工作电流7mA，专为汽车和工业应用而设计

SLKOR SLSS41F霍尔效应双极传感器是一款专为汽车和工业应用而设计的高性能传感器。该传感器采用了高压双极技术，能够在广泛的工作电源电压范围内正常运行，从3.8V到60V，适应不同应用场景的需求。SLSS41F提供SOT23和TO-92S两种封装。

2024-01-10 - 产品代理服务技术支持采购服务

SC206x超低功耗全极性开关霍尔效应传感器

SC206X系列是超低功耗的全方位开关霍尔效应传感器，适用于紧凑型电池敏感系统。该器件具有低功耗、宽工作电压范围、多种输出选项和多种磁响应，适用于电池临界位置感应、电表篡改检测、手机、笔记本电脑或平板电脑外壳、电子锁、烟雾探测器、家电、医疗设备和物联网系统等领域。

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2024-05-11 - 数据手册 - Rev1.1 代理服务技术支持采购服务

【产品】S极和N极双输出的的低功耗霍尔效应传感器IC AS1820，输入电压范围为1.65V~3.65V

昂赛微电子推出S极和N极双输出的低功耗霍尔效应传感器IC AS1820采用低功耗CMOS工艺，专为低功耗、高性能单极检测双输出霍尔效应应用而设计，如盖板开关、非接触式开关、固态开关和盖闭合传感器等电池操作。

2022-07-26 - 产品代理服务技术支持采购服务

AS1918单极性检测高性能低功耗霍尔效应传感器IC

该资料介绍了ANGSEMI公司的磁传感器集成电路AS1918。它是一款低功耗、高性能的单极检测霍尔效应传感器IC，适用于电池供电的低功率应用，如翻盖开关、无接触式开关、固态开关和闭合传感器等。该芯片集成了片上霍尔电压发生器、比较放大器和施密特触发器等功能。

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20, Jan. 2022 - 数据手册 - Version 1.0 代理服务技术支持采购服务