2 用于旋转感应的霍尔效应传感器

霍尔效应传感器可测量磁体的磁场强度，有三种不同的类型：开关、锁存器和线性传感器。

开关和锁存器根据磁场强度提供数字输出。当磁场高于图 2-1 中所示的特定阈值时，开关会提供输出；当感应到磁场从北向南或从南向北变化时，锁存器会切换输出，如图 2-2 中所示。这些器件只提供数字响应，但比线性霍尔传感器便宜，并且具有低功耗型号。这些器件可提供与有刷旋转编码器类似的信息，其中可以根据实施情况了解增加的增量和方向。

线性霍尔传感器将磁场强度表示为寄存器输出或模拟输出，如图 2-3 所示。如果需要检测磁场的多个轴，德州仪器 (TI) 的 TMAG5170、TMAG5170D-Q1、TMAG5173-Q1 和 TMAG5273 等霍尔效应传感器对磁场的所有三个轴都很敏感，因此只需一个传感器即可确定磁体的旋转。这些器件采用 CORDIC 算法，可轻松获取磁场角度，而不是根据单独的磁场数据进行计算。线性霍尔传感器的成本高于开关或锁存器，但提供有关旋转的附加数据，甚至可用于确定磁体的绝对角度。

图 2-1 霍尔效应开关输出

图 2-2 霍尔效应锁存器输出

图 2-3 线性霍尔效应传感器输出

带有开关的旋转编码使用两个异相传感器来测量旋转中的变化方向。

使用环形磁体时，可以从具有锁存器的单个器件获取旋转信息。但使用多个锁存器可提供有关系统的更多信息，并增加给定环形磁体可检测到的位置数。例如，当使用 16 极环形磁体时，单个锁存器可提供高低信号来确定旋转的变化。但是，如果使用两个异相锁存器（如图 2-4 所示)，现在两个锁存器的开关输出有四种不同的组合可用于确定旋转变化。由于每次旋转的状态变化数量增加，此配置还可提供较小的旋转分辨率。

传感器的放置对于从锁存器获得良好的正交输出非常重要。单锁存器方案无法提供有关变化方向的信息，但多锁存器方案可以通过使用上升沿或下降沿变化的顺序来提供该信息。

图 2-4 具有正交输出的双传感器方案

3D 线性传感器可以使用磁场的多个轴来确定磁体的角度。使用霍尔效应传感器上方的单径向极化圆柱形磁体（如图 2-5 所示），当磁体在霍尔效应传感器上方旋转时，磁场的 X 和 Y 分量会以正弦模式变化。由于这两个信号相位差，因此可以计算出磁体的精确角度。

一些霍尔效应传感器具有内置算法来确定磁体的角度，因此微控制器只需读取寄存器，而无需对磁场数据进行任何后处理。借助 3D 霍尔效应传感器，第三个磁场轴可在标盘上实现杂散磁场抗扰度或推入功能。此外，磁体无需始终位于霍尔效应传感器的正上方即可实现旋转感应。由于传感器会感应磁场的所有三个轴，因此将磁体放置在平面或霍尔效应传感器的偏移位置仍然可以产生精确的旋转信息。

图 2-5 3D 线性霍尔效应传感器磁体和输出数据