霍爾效應(yīng)開關(guān)和鎖存器是磁場比較器。它們將磁通密度（有時(shí)稱為 B 場）與一些預(yù)先指定的閾值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果作為 1 位數(shù)字值輸出。有四種不同類別的數(shù)字（開/關(guān)）霍爾傳感器：單極開關(guān)、雙極開關(guān)、全極開關(guān)和鎖存器。
    我們將詳細(xì)檢查每種類型的傳遞函數(shù)。但是，在此之前，我想澄清一個(gè)在我們的討論中經(jīng)常使用的重要概念：磁通密度的極性。
    我們?nèi)绾味x B 場的極性？
    霍爾效應(yīng)設(shè)備是定向的。它僅感測沿其靈敏度軸的磁通密度分量。圖 1 顯示了兩種常見霍爾器件封裝的靈敏度軸。

    圖 1.圖片由Texas Instruments提供。
    如果施加到設(shè)備的磁場在靈敏度軸的方向上產(chǎn)生一個(gè)分量，則假定 B 場為正。如果場在靈敏度軸的相反方向上產(chǎn)生一個(gè)分量，則假定為負(fù)。圖 2 顯示了一個(gè)示例，其中磁通密度在傳感器位置 (A) 處具有負(fù)極性。

    圖 2
    在上面的例子中，我們假設(shè)設(shè)備靈敏度軸在 z 軸方向。由于磁鐵的磁力線從北極走向南極，因此設(shè)備感測到的 B 場為負(fù)。
    還有一個(gè)關(guān)于霍爾傳感器制造商通常使用的 B 場極性的約定。他們認(rèn)為磁鐵南極產(chǎn)生的磁場為正，北極為負(fù)。這是基于傳感器的品牌面朝向磁鐵的假設(shè)。品牌面是傳感器的前表面，您可以在其中找到設(shè)備部件號等。考慮圖 1 中所示的靈敏度軸，您可以驗(yàn)證將磁鐵的南極呈現(xiàn)在傳感器的品牌面會(huì)產(chǎn)生靈敏度軸方向的磁場（正磁場）。同樣，北極會(huì)產(chǎn)生負(fù)磁場。如果我們將磁極呈現(xiàn)在傳感器包裝的背面（不是包裝的品牌面），
    結(jié)束本次討論的最后一點(diǎn)說明：許多霍爾設(shè)備是一維的，并且僅沿一個(gè)靈敏度軸感測 B 場（如圖 1 所示）。但是，有更復(fù)雜的傳感器 IC，它們采用多個(gè)霍爾元件來支持三個(gè)靈敏度軸（三維傳感器）?，F(xiàn)在，讓我們檢查一下不同類型的數(shù)字（開/關(guān)）霍爾設(shè)備的傳遞函數(shù)。
    單極開關(guān)
    單極開關(guān)的功能如圖 3 所示。

    圖 3
    該器件稱為單極開關(guān)，因?yàn)樗拈_關(guān)閾值（B RP和 B OP）位于磁場軸的正區(qū)域。輸出狀態(tài)只能響應(yīng)南極場而改變。北極或負(fù)磁場對傳感器沒有影響；解釋名稱“單極開關(guān)”。
    讓我們看看設(shè)備如何響應(yīng)磁場的變化。假設(shè)向傳感器施加了北極磁場，我們逐漸增加施加的磁場（使其更正）。對于 B < B OP，設(shè)備關(guān)閉并且輸出為邏輯高電平。當(dāng)施加的磁場變得比閾值 B OP更大（或更正）時(shí)，設(shè)備開啟并且輸出切換到相反狀態(tài)（邏輯低電平）。圖中藍(lán)色曲線顯示了增加 B 場的傳遞函數(shù)。
    激活的設(shè)備如何響應(yīng)減弱的場？對于減小的磁場，器件保持開啟狀態(tài)（邏輯低電平），直到施加的磁場變得小于 B RP。這由上圖中的紅色曲線顯示。對于 B < B RP，器件關(guān)閉并且輸出變?yōu)檫壿嫺唠娖健?br />     因此，增加磁場的開關(guān)閾值不同于減少磁場的開關(guān)閾值。這種遲滯是有意設(shè)計(jì)的，以便在輸出端實(shí)現(xiàn)干凈的切換。霍爾效應(yīng)傳感系統(tǒng)中的機(jī)械振動(dòng)以及電氣和電磁噪聲會(huì)將噪聲引入傳感磁場。閾值水平附近的 B 場噪聲會(huì)導(dǎo)致霍爾傳感器輸出端出現(xiàn)不確定的、快速變化的波動(dòng)（圖 4）。通過使增加和減少字段的閾值略有不同，可以消除這些不需要的波動(dòng)。

    圖 4.沒有滯后，輸出在閾值附近可能不確定。
    正如我們在上面看到的，單極開關(guān)的操作可以用兩個(gè)不同的參數(shù)來描述：B OP和 B RP。B OP代表“磁性操作點(diǎn)”或簡稱為“操作點(diǎn)”。這表示增加磁場的閾值水平，超過該閾值傳感器將開啟。B RP是“磁性釋放點(diǎn)”或簡稱為“釋放點(diǎn)”。它表示磁場減弱的閾值水平。對于 B < B RP，設(shè)備關(guān)閉。滯后由 B HYS表示，由下式給出：
    B HYS = B OPB RP
    我們將在下面討論類似的符號可用于描述其他類型的數(shù)字霍爾設(shè)備的操作。
    請注意，根據(jù)傳感器電子設(shè)計(jì)，傳感器輸出的開啟和關(guān)閉狀態(tài)可能與圖 3 中描述的相反（設(shè)備關(guān)閉時(shí)為邏輯低電平，設(shè)備開啟時(shí)為邏輯高電平）。
    雙極開關(guān)
    全極開關(guān)的傳遞函數(shù)如圖 5 所示。

    圖 5
    全極開關(guān)在強(qiáng)正磁場或強(qiáng)負(fù)磁場的作用下導(dǎo)通。如圖所示，當(dāng)磁場強(qiáng)度大于 B OP (|B| > B OP ) 時(shí)，器件開啟，輸出變?yōu)檫壿嫷碗娖?。?dāng) B 場的大小變得小于 B RP (|B| < B RP)，傳感器關(guān)閉，輸出變?yōu)檫壿嫺唠娖健Ｋ{(lán)色曲線顯示當(dāng) B 場從較大的負(fù)值變?yōu)檩^大的正值時(shí)的傳感器輸出。紅色曲線顯示 B 場遞減的輸出。對于全極開關(guān)，正負(fù) B 場的工作點(diǎn)大小相同。類似地，南極和北極場的釋放點(diǎn)幅度相同。
    霍爾效應(yīng)鎖存器
    霍爾效應(yīng)鎖存器的傳遞函數(shù)如圖 6 所示。

    圖 6
    閂鎖裝置具有正 B OP和負(fù) B RP。它由足夠大的正磁場 (B > B OP )打開，并在存在足夠強(qiáng)的北極磁場 (B < B RP )時(shí)關(guān)閉。器件滯后包括 B=0 附近的區(qū)域，范圍從 BRP 到BOP. 我們知道設(shè)備不會(huì)在滯后區(qū)域改變狀態(tài)。假設(shè)我們應(yīng)用足夠強(qiáng)的正磁場來激活傳感器。如果我們移除這個(gè)磁場，設(shè)備將感應(yīng)到 B=0 的磁場。盡管傳感器沒有施加任何場，但它會(huì)保留其先前的狀態(tài)并保持開啟狀態(tài)。如果我們應(yīng)用具有相反極性的強(qiáng)場，它只會(huì)改變狀態(tài)。當(dāng)向傳感器施加弱磁場時(shí) (B RP < B < B OP )，傳感器將保留其先前產(chǎn)生的輸出。這就解釋了為什么這個(gè)霍爾器件被稱為鎖存器。
    單極或全極開關(guān)可以隨著施加場的幅度變化而改變狀態(tài)，而鎖存器可以感測 B 場的極性（前提是施加場具有足夠的強(qiáng)度）。鎖存器通常與旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中的環(huán)形磁鐵一起使用，例如用于檢測旋轉(zhuǎn)軸的位置。如圖 7 所示。

    圖 7.圖片由Allegro提供。
    隨著軸的旋轉(zhuǎn)，感測磁場的極性發(fā)生變化，傳感器相應(yīng)地打開/關(guān)閉。對于閂鎖裝置，操作點(diǎn)和釋放點(diǎn)大小相等但極性相反 (B OP ≠ -B RP )。
    雙極開關(guān)
    對于雙極開關(guān)，我們只知道“最大”操作點(diǎn)和“最小”釋放點(diǎn)的值。然而，確切的閾值是未知的。因此，設(shè)備的確切操作可能會(huì)因設(shè)備而異。圖 8 顯示了一個(gè)示例，其中最大 B OP約為 300 高斯，最小 B RP約為 -300 高斯。

    圖 8.圖片由霍尼韋爾提供。
    對于“器件 1”，B OP和 B RP均為負(fù)。對于“設(shè)備 3”，兩個(gè)閾值都是正的。另一個(gè)樣本“設(shè)備 2”的響應(yīng)類似于鎖存器。它具有正 B OP和負(fù) B RP。盡管“設(shè)備 2”的傳遞函數(shù)類似于鎖存器的傳遞函數(shù)，但應(yīng)注意雙極開關(guān)的操作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的幅度可能不相等 (B OP - B RP )。
    如您所見，即使對于在同一批次中一起制造的相同類型的設(shè)備，也可能存在三種不同的傳遞函數(shù)。根據(jù) Allegro 的“雙極開關(guān)霍爾效應(yīng) IC 基礎(chǔ)知識”應(yīng)用說明，只有大約 10% 的雙極開關(guān)具有類似于“器件 1”和“器件 3”的傳遞函數(shù)。其余的具有閂鎖型響應(yīng)。與鎖存器件相比，雙極開關(guān)可以提供更窄的滯后區(qū) (B HYS = B OP ? B RP )，因此具有更高的靈敏度。但是，由于雙極開關(guān)的工作模式會(huì)因單元而異，因此我們需要確保系統(tǒng)在 B OP 和 B 的所有可能值下都能正常運(yùn)行RP（在指定的范圍限制內(nèi)）。