通常，线性霍尔传感器在触发器或拇指操纵杆中用于检测精确的位置。这些传感器具有模拟输出或数字输出接口，例如 SPI 或 I²C。为了实现高能效，具有模拟输出的传感器可由微控制器进行下电上电，具有数字输出的传感器可置于触发模式或占空比自调节模式。在下面的各部分中，我们详细展示了这些实现。

具有模拟输出的线性霍尔传感器（例如 DRV5055 和 TMAG5253）易于使用，通常用于游戏控制器中的模拟触发器和拇指操纵杆。

图 2-1 典型应用图显示了使用 EN 引脚对传感器进行下电上电的能力

图 2-2 显示了使用 EN 引脚对传感器进行下电上电的时序图。传感器在运行时间 t_active 内打开，传感器提供与外部磁场成比例的输出，并在 t_shdn 内关闭以节省电量。方程式 1 显示了器件的平均电流消耗，其中 I_CC,ACTIVE 表示运行期间的活动电流，而 I_CC,SHDN 表示关断电流。

例如，TMAG5253 在活动模式下的活动电流为 2.1mA，在关断模式下的活动电流小于 10nA。如果传感器以 50us 的活动时间进行下电上电并关断 100ms，则平均电流消耗为 1.06μA。

和 TMAG3001 的不同功率模式。

根据系统级功率限制和所需的输出数据速率，TMAG5273 可置于任何一种功率模式下。当处于唤醒和睡眠模式时，传感器会根据用户配置的睡眠间隔进行占空比自调节。对于需要通过角度测量来确定方向和幅度的应用（例如拇指操纵杆），用户可以配置 TMAG5273 以便在每次器件唤醒时测量多个轴数据。要计算 1 个、2 个或 3 个通道的平均电流消耗、转换时间、t_measure 和睡眠时间，需要 t_sleep。然后可以使用方程式 2 计算 TMAG5273 的平均电流消耗 I_{cc_average}。

其中，

• I_cc,active 是转换期间消耗的活动电流，通常约为 2.3mA
• T_measure 是转换所选通道所花费的时间，对于单通道，通常为 50us，对于 2 通道，通常为 75us，对于 3 通道，通常为 100us
• I_{DCM_sleep} 是指唤醒和睡眠模式（也称为占空比模式）期间消耗的电流
• T_sleep 是传感器保持在唤醒和睡眠模式的睡眠部分的时间
• I_standby 是指待机模式下消耗的电流
• T_{start_sleep} 是器件从占空比模式的睡眠部分转换到待机状态所需的时间。典型值为 50μs。
• T_{start_measure} 是器件从待机状态转换到活动转换模式所需的时间

为了更好地控制采样时间点并保持低功耗，适用于空间受限设计的 TMAG5273 或 TMAG3001 等数字线性霍尔传感器允许微控制器仅在必要时触发转换。TMAG5273 可置于低功耗待机模式，在这种模式下，微控制器可使用 INT 引脚或通过 I²C 命令触发转换，并使传感器与系统需求保持同步。图 2-3 所示为连接到微控制器的 3D 霍尔效应传感器的典型应用图。图 2-4 显示了微控制器触发转换的时序图。

图 2-3 TMAG5273 的典型应用图展示了使用 INT 引脚触发转换的能力

图 2-4 按需转换的时序图

此外，在唤醒和睡眠模式下，可以将类似于 TMAG5273 的数字 3D 霍尔传感器配置为在超过特定阈值时生成中断。在使用按钮或触发器等用户界面唤醒系统的情况下，此过程尤其有用。TMAG5273 等器件可置于唤醒和睡眠模式，在该模式下，传感器会在预先配置的睡眠时间间隔后唤醒，进行测量并返回睡眠状态。如果测量值超过设定的阈值，则满足中断条件。器件可以继续退出唤醒和睡眠 (W&S) 模式并进入待机模式，如图 2-5 所示。

图 2-5 TMAG5273 处于唤醒和睡眠模式，响应超限情况

在变化时唤醒模式下，TMAG3001 监测磁轴之一或角度输出的变化，并通过提供中断响应来唤醒系统。当使用滚轮等用户界面来唤醒系统时，此功能将非常有用。该器件可以配置为在待机、活动或唤醒和睡眠模式下提供变化时唤醒响应，当获得中断响应时，新的传感器测量值将用作连续测量的参考阈值。图 2-6 显示了器件响应，其中器件响应 X 磁场。图 2-7 显示了器件响应，其中器件响应角度测量。

图 2-6 TMAG3001 通过磁轴测量进行变化时唤醒

图 2-7 TMAG3001 通过角度测量进行变化时唤醒

假设游戏控制器中的左右线性触发器使用两个不同的位置传感器来测量各自的触发位置。与使用多个 ADC 来数字化每个传感器不同，可以通过使用 EN 引脚多路复用传感器输出来减少 ADC 的数量，从而降低系统功耗，如图 3-1 所示。关断期间，TMAG5253 会将输出置于高阻抗状态，以使多个器件能够连接到同一 ADC，从而无需在系统中添加额外的多路复用器。

图 3-1 在同一总线中将多个传感器连接在一起

图 3-2 所示为微控制器的 GPIO 上的时序图，该 GPIO 对两个传感器的输出进行多路复用。B₁ 和 B₂ 分别对应于器件 1 和器件 2 所见的磁场。当 GPIO1 变为高电平时，器件 1 被使能并将输出线路驱动至与场 B₁ 相对应的电压。在此期间，GPIO2 被驱动为低电平，器件 2 处于关断模式。为了避免两个器件同时导通，在器件之间切换时必须对死区时间 t_mux 进行编程。还必须注意，这些器件必须能够快速上电（较小 t_on），以便在关闭之前对其进行快速采样以节省功耗。

图 3-2 时序图显示了多个 TMAG5253 器件连接在一起时的信号

在无线游戏或 VR 控制器中，需要持续监控多个用户界面，例如触发器、拇指操纵杆和按钮。在本示例中，考虑几种可以根据前面讨论的不同方法降低系统功耗的场景。

在此场景中，请查看在两小时游戏会话中仅通过触发器和拇指操纵杆即可实现的功耗节省。游戏控制器中的交互速度非常慢，即使是专业游戏玩家每秒最多只能点击 10 到 15 次。为了实现平滑的响应，传感器信号的采样速率可提高 10 倍，最高可达 100Hz。表 4-1 显示了两种情况之间的功耗节省比较，一种使用占空比启用了节能功能，传感器每 10ms 打开一次；另一种情况没有任何节能，即传感器只是连续打开。从分析中可以看出，通过以大约 100Hz 或每 10ms 对传感器进行一次下电上电，可以轻松地将系统总功耗降低约 100 倍。

对于第二种场景，请考虑无线游戏控制器打开并在超过 2 小时内保持未使用（空闲）状态的情况。在这种情况下，微控制器可以将未使用的用户界面置于睡眠模式，以进一步节省功耗。通过将 TMAG5273 置于睡眠模式，可将每个拇指操纵杆的电流消耗降低至 5nA。TMAG5253 的关断电流小于 10nA，触发器消耗的电流也可以降低。表 4-2 显示了分析，可帮助您了解处于 2 小时空闲模式时，仅通过触发器和拇指操纵杆即可实现的功耗节省。在表 4-2 中，假设在工作模式下，传感器每 10ms 打开 50μs。将此场景与传感器关断以节省功耗的模式进行比较。如下表所示，与传感器进行下电上电相比，在运行期间对器件进行下电上电可以实现的节能高出 1000 多倍。

1. 德州仪器 (TI)，在 ADS1235 和 ADS1261 中使用交流激励模式降低电桥测量偏移量和温漂 应用简报。