2 用于旋轉感應的霍爾效應傳感器

霍爾效應傳感器可測量磁體的磁場強度，有三種不同的類型：開關、鎖存器和線性傳感器。

開關和鎖存器根據磁場強度提供數字輸出。當磁場高于圖 2-1 中所示的特定閾值時，開關會提供輸出；當感應到磁場從北向南或從南向北變化時，鎖存器會切換輸出，如圖 2-2 中所示。這些器件只提供數字響應，但比線性霍爾傳感器便宜，并且具有低功耗型號。這些器件可提供與有刷旋轉編碼器類似的信息，其中可以根據實施情況了解增加的增量和方向。

線性霍爾傳感器將磁場強度表示為寄存器輸出或模擬輸出，如圖 2-3 所示。如果需要檢測磁場的多個軸，德州儀器 (TI) 的 TMAG5170、TMAG5170D-Q1、TMAG5173-Q1 和 TMAG5273 等霍爾效應傳感器對磁場的所有三個軸都很敏感，因此只需一個傳感器即可確定磁體的旋轉。這些器件采用 CORDIC 算法，可輕松獲取磁場角度，而不是根據單獨的磁場數據進行計算。線性霍爾傳感器的成本高于開關或鎖存器，但提供有關旋轉的附加數據，甚至可用于確定磁體的絕對角度。

圖 2-1 霍爾效應開關輸出

圖 2-2 霍爾效應鎖存器輸出

圖 2-3 線性霍爾效應傳感器輸出

帶有開關的旋轉編碼使用兩個異相傳感器來測量旋轉中的變化方向。

使用環形磁體時，可以從具有鎖存器的單個器件獲取旋轉信息。但使用多個鎖存器可提供有關系統的更多信息，并增加給定環形磁體可檢測到的位置數。例如，當使用 16 極環形磁體時，單個鎖存器可提供高低信號來確定旋轉的變化。但是，如果使用兩個異相鎖存器（如圖 2-4 所示)，現在兩個鎖存器的開關輸出有四種不同的組合可用于確定旋轉變化。由于每次旋轉的狀態變化數量增加，此配置還可提供較小的旋轉分辨率。

傳感器的放置對于從鎖存器獲得良好的正交輸出非常重要。單鎖存器方案無法提供有關變化方向的信息，但多鎖存器方案可以通過使用上升沿或下降沿變化的順序來提供該信息。

圖 2-4 具有正交輸出的雙傳感器方案

3D 線性傳感器可以使用磁場的多個軸來確定磁體的角度。使用霍爾效應傳感器上方的單徑向極化圓柱形磁體（如圖 2-5 所示），當磁體在霍爾效應傳感器上方旋轉時，磁場的 X 和 Y 分量會以正弦模式變化。由于這兩個信號相位差，因此可以計算出磁體的精確角度。

一些霍爾效應傳感器具有內置算法來確定磁體的角度，因此微控制器只需讀取寄存器，而無需對磁場數據進行任何后處理。借助 3D 霍爾效應傳感器，第三個磁場軸可在標盤上實現雜散磁場抗擾度或推入功能。此外，磁體無需始終位于霍爾效應傳感器的正上方即可實現旋轉感應。由于傳感器會感應磁場的所有三個軸，因此將磁體放置在平面或霍爾效應傳感器的偏移位置仍然可以產生精確的旋轉信息。

圖 2-5 3D 線性霍爾效應傳感器磁體和輸出數據