什么是霍爾效應(yīng)？
霍爾效應(yīng)原理是以物理學(xué)家埃德溫?霍爾命名的。1879 年，埃德溫?霍爾發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在磁場(chǎng)中引入一個(gè)電流方向與磁場(chǎng)垂直的導(dǎo)體或半導(dǎo)體時(shí)，可以在與電流路徑成直角的方向測(cè)量到電壓。在霍爾發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象之時(shí)，普遍流行的觀點(diǎn)是將電線中的電流類比為管道中流動(dòng)的液體。霍爾理論認(rèn)為電流受到磁力影響，導(dǎo)致電流擁擠在“管道”或電線的一側(cè)。電磁場(chǎng)理論可以更精確地解釋導(dǎo)致霍爾效應(yīng)的物理學(xué)原理。
現(xiàn)已證實(shí)，霍爾效應(yīng)是電子等帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)下相互作用的結(jié)果。在 Ed Ramsden 編著的《霍爾效應(yīng)傳感器：理論與應(yīng)用》中，可以找到一段精彩詳細(xì)而又淺顯易懂的解釋。
這一發(fā)現(xiàn)的最初用途是對(duì)化學(xué)樣品進(jìn)行分類。20 世紀(jì) 50 年代，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出了砷化銦半導(dǎo)體化合物，進(jìn)而生產(chǎn)出第一批具有實(shí)用價(jià)值的霍爾效應(yīng)磁性儀器。霍爾效應(yīng)傳感器無(wú)需借助傳感器運(yùn)動(dòng)，即可測(cè)量直流磁場(chǎng)或靜磁場(chǎng)。20 世紀(jì) 60 年代，硅半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)大規(guī)模普及，推動(dòng)了霍爾元件和集成放大器的首次結(jié)合。這也催生了現(xiàn)在經(jīng)典的數(shù)字輸出霍爾開(kāi)關(guān)。
霍爾傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，也見(jiàn)證了從單一元件裝置到雙正交排列元件的發(fā)展。這樣做的目的是將霍爾電壓端子的偏移降至最低。
接下來(lái)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了二次或四元件傳感器。這種傳感器采用四個(gè)正交排列成橋狀結(jié)構(gòu)的元件。這一時(shí)期生產(chǎn)的所有硅傳感器都是由雙極結(jié)半導(dǎo)體工藝制成的。
改用 CMOS 工藝可以對(duì)電路的放大器部分實(shí)現(xiàn)斬波穩(wěn)定。這有助于減少運(yùn)算放大器的輸入偏移誤差，進(jìn)而減少傳感器誤差。斬波不穩(wěn)定電路中存在的任何誤差都會(huì)為數(shù)字型傳感器的開(kāi)關(guān)點(diǎn)閾值帶來(lái)誤差，或者導(dǎo)致線性輸出傳感器出現(xiàn)偏移和增益誤差。
當(dāng)前一代 CMOS 霍爾傳感器還包括一種可主動(dòng)切換通過(guò)霍爾元件的電流方向的架構(gòu)。該架構(gòu)可消除典型半導(dǎo)體霍爾元件的偏移誤差。它還可以主動(dòng)補(bǔ)償溫度和應(yīng)變所引起的偏移誤差。得益于有源板開(kāi)關(guān)和斬波器穩(wěn)定的綜合作用，霍爾效應(yīng)傳感器在開(kāi)關(guān)點(diǎn)漂移或增益和偏移誤差方面實(shí)現(xiàn)了大幅改善。