霍尔传感器在汽车中的应用非常广泛，从轮速传感器到发动机所需要的凸轮轴位置传感器、曲轮轴位置传感器，以及油门踏板、车窗防夹等部件，都有霍尔传感器的身影。霍尔传感器是应用了霍尔效应的传感器，是传感器技术的一种。下面就简述一下霍尔传感器的工作原理。

先来复习一下高中物理知识——霍尔效应。

在一块半导体薄片 H 上 A+、A-两电极之间通电，加上和片子表面垂直的磁场 B，在薄片的横向两侧电极 C1、C2 之间会出现一个电压 VH，这种现象就是霍尔效应，是由美国科学家爱德文·霍尔在 1879 年发现的。VH称为霍尔电压。

这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压 VH，这就是霍尔电压，这个半导体薄片称为霍尔元件。 霍尔元件可用多种半导体材料制作，如 Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP 等等。

霍尔集成电路是汽车霍尔传感器的核心部分，它将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。

霍尔集成电路是由霍尔元件、差分放大器等电子元器件集成到同一块半导体芯片上组成，是一种磁敏传感器。可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔集成电路 是以霍尔效应原理为基础工作的。

霍尔集成电路具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

按照霍尔集成电路的功能可将它们分为：霍尔线性集成电路和霍尔开关集成电路。前者输出模拟量，后者输出数字量。

霍尔线性集成电路的精度高、线性度好；霍尔开关集成电路无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。

霍尔集成电路的分类如下：

它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度 B 成比例，它的功能框图和输出特性示于图 2。这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测，典型的霍尔线性集成电路的技术指标如表 1 所示。

霍尔开关集成电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值 BOP 时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，B 再增加，仍保持导通态。若外加磁场的 B 值降低到 BRP 时，输出管截止，输出高电平。我们称 BOP 为工作点，BRP 为释放点，BOP－BRP=BH 称为迟滞。迟滞的存在使开关电路的抗干扰能力增强。霍尔开关电路的功能框见图 3。图 4(a)表示集电极开路 (OC)输出，(b)表示双输出。它们的输出特性见图 4，图 4(a)表示普通霍尔开关，(b)表示锁定型霍尔开关的输出特性。

一般规定，当外加磁场的南极(S 极)接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时，作用到霍尔电路上的磁场方向为正，北极接近标志面时为负。

锁定型霍尔开关电路的特点是：当外加场 B 正向增加，达到 BOP 时，电路导通，之后无论 B 增加或减小，甚至将 B 除去，电路都保持导通态，只有达到负向的 BRP 时，才改变为截止态，因而称为锁定型。 典型的霍尔开关电路的性能参数见表 2。

汽车霍尔传感器除了它的核心部分霍尔集成电路以外，相对应的磁路设计是另一个相当重要的部分。

用磁场作为被传感物体的运动和位置信息载体时，一般采用永久磁钢来产生工作磁场。例如， 用一个的钕铁硼磁钢，就可在它的磁极表面上得到约 200~300mT 的磁感应强度。在气隙中，磁感应强度会随距离增加而迅速下降。为保证霍尔集成电路的可靠工作，在应用中要考虑有效工作气隙的长度。在计算总有效工作气隙时，应从霍尔芯片表面算起。在封装好的霍尔集成电路中，霍尔芯片的深度在产品手册中会给出。

因为霍尔集成电路需要工作电源，在作运动或位置传感时，一般令磁体随被检测物体运动，将霍尔集成电路固定在工作系统的适当位置，用它去检测工作磁场，再从检测结果中提取被检信息。

工作磁体和霍尔集成电路间的运动方式有：(a)对移；(b)侧移；(c)旋转；(d)遮断。如图 5 所示，图中的 TEAG 即为总有效工作气隙。

在遮断方式中，工作磁体和霍尔集成电路以适当的间隙相对固定，用一软磁（例如软铁）翼片作为运动工作部件，当翼片进入间隙时，作用到霍尔器件上的磁力线被部分或全部遮断，以此来调节工作磁场。被传感的运动信息加在翼片上。这种方法的检测精度较高，遮断用的翼片根据不同的功能要求可以设计成不同的形状，图 6 就是一些翼片的外形。

也可将工作磁体固定在霍尔集成电路背面（外壳上没打标志的一面），如图 6 所示让被检的铁磁物体（例如钢齿轮）从它们近旁通过，检测出物体上的特殊标志（如齿、凸缘、缺口 等），得出物体的运动参数。

霍尔开关集成电路的输出级一般是一个集电极开路的 NPN 晶体管，其使用规则和一般的 NPN 开关管相同。输出管截止时，输漏电流很小，一般只有几 nA，可以忽略，输出电压和其 电源电压相近，但电源电压最高不得超过输出管的击穿电压（即规范表中规定的极限电压）。输出管导通时，它的输出端和线路的公共地导通。因此，必须外接一个电阻器（即负载电阻器）来限制流过管子的电流，使它不超过最大允许值（一般为 20mA），以免损坏输出管。

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