2 霍尔元件方向

位置分辨率由器件内霍尔元件块的摆放方向决定。要理解其原理，首先需要了解相位概念。图 2-1展示了两个正弦波，它们的形状与编码应用中霍尔元件所测得的磁场相似。在图 2-1中，黑色曲线滞后于黄色曲线。由于两个周期信号的周期等效，因此滞后相当于相位偏移。因此，黑色曲线存在 π/2 = 90°的相位偏移。如底部 图 2-1 所示，保持 90° 偏移对于锁存器各状态之间间隔均匀至关重要。

图 2-1 相位滞后和偏移示例

图 2-2显示了假设两个霍尔元件块都像典型的分立式锁存器一样运行，双平面锁存器可能出现哪种输出。

图 2-2 双平面操作

霍尔元件集成在小型器件封装内的狭小区域，因此两组元件物理间距极小。在大多数情况下，这会造成信号相位偏移量很小，状态区间分布不均，如 图 2-2 底部所示。

因此，图 2-3显示了双平面器件通常监测一个霍尔元件块的速度和位置，另一引脚用于判断方向。每次检测到极性和幅度超过反向 B_OP 或 B_RP 阈值时，速度元件将在一个器件输出端生成状态变化。以类似的方式监测方向元件；但是，B_OP 或 B_RP 比较器输出保留在器件内部并馈送到其他电路，以比较速度和方向信号。此设置可以确定上升沿和下降沿的顺序是否发生反转。然后，该电路将提供一个器件输出端，当磁体沿一个方向移动时为高电平，当磁体沿相反方向移动时为低电平。因此，双平面器件中，速度霍尔元件每经过一对磁极，仅能输出两个分辨率步进，仅为双霍尔元件块器件分辨率的一半。

图 2-3 双平面图

尽管双平面器件存在分辨率限制，但单个 2D 锁存器件仍然可以实现最大分辨率。TMAG5110、TMAG5111 这类带正交感应平面的 2D 器件，可以获得无条件的 90°相移。图 2-4解释了其原理。与磁体阵列平行的霍尔元件 1 能测量极中心的局部最大值，而垂直于磁体阵列的霍尔元件能测量极中心的局部最小值。

图 2-4 2D 锁存器的运行

除了分辨率外，器件相对于编码磁铁的摆放朝向，也会影响器件工作性能。为了说明这一点，图 2-5展示了一种配置情况，即 2D 锁存器可正常工作，但双平面器件一般无法工作。双平面无法在此配置下工作，因为该器件只能沿与封装表面顶部正交的轴进行感应。在这种情况下，磁场主要与霍尔元件平面平行，所有垂直于霍尔元件、可被检测的分量均处于同相位。2D 锁存器有 3 个正交感应轴，因此可以检测异相的磁场分量（请参阅图 2-5）。

图 2-5 环形磁体磁场线的编码

为总结双平面的方向限制，表 2-1列出了可能难以或无法成功使用双平面的配置。图 2-6、图 2-7、图 2-8、图 2-9、图 2-10 和图 2-11 列出了各种配置，具体如 表 2-1 所示。

图 2-6 XY 外边缘

图 2-7 ZX 外边缘

图 2-8 ZY 外边缘

图 2-9 XY 侧边缘

图 2-10 ZX 侧边缘

图 2-11 ZY 侧边缘