【经验】干簧管与霍尔开关的位置和方向摆放设计

时间： 2020-11-08 来源：世强

干簧管通常由两个软性的磁片制成，并封装在充有惰性气体（如氮、氦等）或真空的玻璃管里，玻璃管内平行封装的簧片顶端留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭触点。在有无磁场的环境中，簧片吸合或断开的状态会发生。

霍尔元件是基于霍尔效应的磁传感器，当磁力线垂直穿过通电半导体平面时，在半导体与电流平行的两个端面上将形成感应电压，感应电压的大小和电流及磁场强度成正比。

大部分工程师对干簧管、霍尔元件的认知基本停留在概念层面，尤其是当第一次使用时，很容易直接拿来用，因为这样的器件太简单了——放在电路板上，电源供电(甚至干簧管不需要电源)，连接至GPIO口，有无磁场时状态切换。通常“拿来就用”的做法在样机阶段不会出现明显的问题，到了工厂量产10K级别的大货统计的不良率则可能会让你立马“翻车”！

小心磁场方向的“坑”

以LITTELFUSE干簧管59170为例，笔者到一个地产项目考察，该项目负责人和一家公司买了一批门磁传感器，来料检验使用磁铁测试并未有异常，但实际安装到客户门锁时，却大面积“失效”。笔者现场拆开一个门磁传感器，发现门上的磁铁正对着干簧管的簧片触点。干簧管的簧片触点除了要求被磁化之外，还必须磁化为不同的极性，当使用磁铁正对着触点时，簧片触点两端磁化的磁性一致，根据“磁场同性相斥，异性相吸”的原理，此时即使磁铁靠近，簧片也无法相吸，因此这就是客户看到的“失效”现象根因所在。让客户将磁铁和另外的干簧管装置错开位置，问题解决。

以芯进电子霍尔开关CC6204为例，当磁场南极靠近芯片CC6204TO标识面，磁场强度达到阈值时，输出低电平；当磁场北极靠近芯片CC6204TO标识面，磁场强度达到阈值时，输出高电平。

另外，虽然磁场是一个立体的场，但当器件与磁场靠的越远时，越要考究摆放的位置，不同位置的磁铁对于霍尔器件穿过的磁力线方向是不同的。在一个立体面，霍尔的有效面积需要被磁力线穿越。有的霍尔器件所检测的是水平面方向的磁场，有的霍尔器件所检测的则是垂直方向上的磁场(比如Will Semiconductor的W2510F)。如下图，对于垂直检测的霍尔器件，如果实际应用中磁力线更多是从平面穿过器件本体时会发现，该器件会非常不灵敏（之所以没有100%失效的原因，是因为磁场本身就是一个立体面）。

干簧管与霍尔元器件优缺点？

理论上，霍尔元器件在技术上完全可以对干簧管进行取代，且由于干簧管机械特性所觉得的容易破碎失效、固有频率低等问题，霍尔元件作为半导体器件有着一致性高、寿命更长的优势。但实际应用中，霍尔元件需要一路电源进行驱动检测，由此电路设计需要考虑该电源的延展，特别是在板与板之间的接口设计时，多出来的一个电源接口有时候是无法接受的。而且由于需要电源进线驱动，霍尔元件会产生一定的功耗，虽然目前霍尔器件很多是低功耗的，如芯进电子霍尔元件CC6204可以做到典型值5μA（V_DD=3.5V@25℃）的平均电流，但在低功耗产品中，这样的电流依然是考虑因素之一，而干簧管在未进行工作时，可以做到不消耗额外的电流！

综上，干簧管、霍尔的设计是一个平衡点，你需要考虑的还有环境温度、价格，甚至是产品使用过程的特性、运输方式等。“拿来就用”的做法可能不会让你的研发样机遇到问题，但量产样机，隐藏的问题始终还是会暴露的！

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全部评论（1）

好多鱼 Lv5. 技术专家 2020-11-19

讲得好。

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