输出特性曲线可任意编程的线性霍尔传感器

线性霍尔传感器在非接触的位置和角度监测有具有灵敏和可靠的优势。但由于磁场强度的空间变化很难做到线性，所以传统霍尔器件检测到的信号在变换成相应的位置数据时需要经过比较复杂的计算和处理，这使得其应用电路和软件比较复杂，成本缺乏优势。也有线性霍尔传感器产品应用内置的DSP可以对线性霍尔传感器的输出特性曲线编程，但对使用者而言仍然嫌复杂和成本高。

本公司基于应用需求，开发了一种使用相对非常方便，编程方法简单明了的新型线性霍尔传感器ALT220。通过管脚复用和IIC 接口，可以对内部8K-BIT EEPROM 的读写，在该存储起中逐点保存了对输出曲线特性曲线的修正数据，通过修改该数据表就可以实现对输出特性曲线的任意编程。同时还可以对产生磁场的永磁体剩余磁场的一阶温度系数进行补偿。对写入的编程数据可以进行不可逆永久锁存。

1．功能及重要参数

标1列出了ALT220重要参数


2． 芯片结构和工作原理

图1和图2 分别给出了ALT220的内部电路结构和引脚排列

器件具体的工作原理如下：
1） 霍尔板在磁场中检测到霍尔电压信号
2） 霍尔电压信号过A/D 转换变成10-BIT 的数字信号
3） 以该数字信号作为地址，EEPROM 接口在8K-BIT 的EEPROM 存储器中找到相应的8-BIT修正码
4） 器件将8位修整码对霍尔电压的数字信号的低8位进行加/减运算，产生修正后的数字信号
5） 修正后的数字信号再通过D/A转换和PWM 转换变成模拟和PWM 信号输出。
器件还有一个特殊的寄存器，通过对该寄存器编程可以对永磁体的一阶温度系数进行补偿；还可以实现对器件内编程内容的不可逆永久锁存，以防止实际使用中干扰信号或误操作对编程内容的损坏。

                   图1  电路框图

ALT220 采用了霍尔器件最常用的TO-94 封状。其中第1和第3脚是复用脚。通过引脚复用，器件不需要额外的编程引脚。

                                       
       
     图2 引脚排列

3． 基本电路

基本应用电路见图3。

图3   ALT221的基本应用电路

器件内部存储器的编程采用I2C接口，其中串行时钟信号是调制上在VDD的，SDA 复用了PWM 输出脚。参见图4。


图4      ALT221 的基本编程驱动原理图

4． 应用实例
 
下面我们用永磁体和霍尔传感器ALT220结合实现位置监测，见示意图5。我们目标是实现位置坐标X与霍尔电压之间具有简单的线性关系。

 图5 位置检测示意图

ALT220内部的霍尔板首先检测到反映磁场强度的未经校正霍尔电压/位置关系曲线，其中对应某一位置坐标x的霍尔电压就为Vx，如图6A。

通过ALT220内部的10位A/D转换电路，该电压信号Vx被转换为10位的数字信号ADVx。而以ADVx 作为地址，器件就可以在存在霍尔器件中的校正电压/曲线中找到相应的数字化的校正电压Vcal，如图6B。

将原测得的霍尔电压Vx与校正电压Vcal 相加，就得到校正后的输出电压，通过逐点修正，获得了线性的电压/位置关系曲线6C。

5． 总结

ALT220可以用简明方便的方法通过编程实现霍尔传感器在一定范围输出任意特性曲线。同时针对各种永磁体的剩余磁场强度随温度变化，通过对器件内部有专门寄存器写入温度补偿码，可以对大多数永磁体的剩余磁场强度随温度的变化进行补偿。为防止实际应用中的误操作或干扰信号破坏用户烧录在内部的校正曲线，器件还可以对烧录内容进行不可逆永久锁存。ALT220 输出方式有模拟电压输出和PWM出两种方式，便于灵活应用。

作者简介：邓朝辉 1967 年10 月出生，1995年毕业于上海复旦大学材料科学系，获博士学位。毕业后一直从事半导体技术和产品研发、生产和管理工作。现任捷伸电子科技（上海）
有限公司执行副总。