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  智能和互聯(lián)始于鎖存器和開關芯片

  與機械開關相比，鎖存器和開關芯片在眾多應用中發(fā)揮著更為關鍵的作用。它們可以提高終端裝配的靈活性、可靠性、功能安全性、可重復性、準確性并優(yōu)化尺寸。本文主要介紹鎖存器和開掛的工作原理、不同類型以及 Melexis 鎖存器和開關芯片產(chǎn)品組合。

  什么是鎖存器和開關芯片?

  磁性鎖存器和開關芯片基于霍爾效應原理，將磁鐵的磁場強度信息轉換為數(shù)字信號(1 或 0)。因此，其輸出為 On(開)或 Off(關)，具體取決于所施加的磁場。通過磁鐵的位置，鎖存器和開關芯片可以確定物體的實際位置。

  開關原理

  輸出在達到定義的閾值時發(fā)生變化。

  鎖存器原理

  這是基于兩個相反的閾值進行動作的咖甘。輸出首先在達到定義的一個閾值(例如北極磁場值)時發(fā)生變化，然后在達到相反的閾值(例如南極磁場值)時再次發(fā)生變化。在這兩個閾值之間，輸出處于鎖定狀態(tài)(保持不變)。

  鎖存器和開關芯片主要有哪些類型?

  鎖存器和開關芯片分為三大類。對于這三類，關鍵參數(shù)都是兩個開關閾值：BOP，磁場工作點;BRP，磁場釋放點。

  第一類是單極開關芯片

  此類芯片只在一個磁場范圍中激活，可以是北極磁場或南極磁場。如果施加的磁場強度高于 BOP 閾值，開關芯片將啟用輸出。移除磁鐵后，磁場強度將低于 BOP 閾值，開關芯片將禁用輸出。這種開關芯片主要用于位置檢測。

  第二類是雙極開關芯片，也稱為鎖存器

  鎖存器可以在一個磁場范圍內激活，在施加相反的磁場時停用。在這種情況下，BOP 定義輸出驅動器何時激活(On(開))，而 BRP 定義輸出驅動器何時停用(Off(關))。鎖存器通常用于 PLC 控制的無刷直流電機換向或直流電機索引計數(shù)。

  第三類是全極開關芯片

  功能與雙極開關芯片相同，但可以同時在兩個磁場范圍內工作。換言之，這類開關芯片在南北極磁場中都能激活，用于檢測兩個磁場范圍的變化。

  鎖存器和開關芯片應用在哪些領域?

  鎖存器和開關芯片無處不在，可應用于各種設備，簡化我們的生活。這些“開-關”切換器件廣泛應用在汽車的制動系統(tǒng)、變速箱、車門鎖以及安全帶等組件。在電動自行車中，這些器件用于踏板輔助系統(tǒng)、速度計和電機換向，而在電動摩托車中，這些器件還用于觸發(fā)控制器。

  在居家環(huán)境中，鎖存器和開關器件廣泛應用于各種智能家電。這些器件用于確保洗衣機的門已關閉;顯示咖啡機的水位和水流量;檢測打印機紙張負載以及機蓋是打開還是關閉;并且可用于各種電動工具(電機換向、位置檢測器等)。

  其他應用包括智能樓宇(HVAC 電機換向)、機器人技術(開/關檢測、無刷直流電機換向、終點位置檢測等)、能源管理(門開/關檢測等)和數(shù)字健康(健康管理設備電機換向、溫度計防水開關等)等。

  如何選擇正確的輸出功率?

  為選擇適合特定應用的鎖存器和開關芯片，首先需要選擇正確的輸出功能。這取決于具體模塊以及用于連接另一個系統(tǒng)的電線數(shù)量。標準配置為 2 線制、3 線制或 4 線制。這意味著您可以選擇輸出由電源電流表示的 2 線制傳感器芯片;具有開漏輸出的 3 線制傳感器芯片;以及輸出速度(或脈沖)和方向兩個信號的 4 線制傳感器芯片。

  在某些消費類應用中，還可以選擇推挽輸出類型，而不采用開漏輸出。在這種情況下，無需額外使用外部元件(上拉電阻)，從而進一步簡化模塊裝配。

  2線制

  這類芯片通常用于遠程傳感器應用。其主要優(yōu)勢在于，可以替換 2 線制機械開關，同時仍然使用相同的線束。芯片的電流用于識別傳感器芯片是否已達到工作點或釋放點。

  根據(jù)行業(yè)標準：

  當磁場強度等于或低于 BRP 時產(chǎn)生的電流。部件消耗的電流通常為 3.3 mA 或 6 mA，具體取決于所選的傳感器芯片。

  磁場強度達到 BOP 閾值時部件消耗的電流。該值通常為 14 mA。

  電流水平在整個 VDD 范圍內保持不變，即使出現(xiàn)一些波動，也能確保讀數(shù)穩(wěn)定。檢測電阻 RSENSE 所在的回路可將電流輸出轉換為電子控制單元的邏輯輸入。

  3 線制

  這類芯片配有開漏輸出。為形成 3 線制，阻性負載必須連接到 VDD 線。典型負載介于 10 kΩ 和 100 kΩ 之間。該負載可以連接在模塊側或電子控制單元側。達到 BOP 閾值時，輸出將接近 0 V。在這種情況下，輸出將被禁用并通過上拉電阻連接到 VDD。

  這類芯片輸出兩個信號：速度(或脈沖)和方向。速度是鎖存?zhèn)鞲衅鞯恼］敵?，而方向輸出表示旋轉方向是順時針還是逆時針。這類芯片配有兩個霍爾元件，通過使用 CMOS 工藝確保板間寬度固定。

  根據(jù)鎖存磁特性，速度 (SP) 輸出會在面向封裝頂部的南極或北極磁場強度足夠強時分別變?yōu)榈碗娖交蚋唠娖?。磁場去除后，器件會保持之前的狀態(tài)。

  當兩個霍爾板上存在特定的磁脈沖序列時，方向 (DIR) 輸出會根據(jù)所施加磁場的運動方向鎖存為低電平或高電平。

  Melexis 鎖存器和開關芯片有哪些特性?

  側向感應選項

  側向感應僅需一個開關即可實現(xiàn)速度檢測，適用于摩托車輪速傳感器等背向偏置應用。側向感應還可實現(xiàn)通常需要傳統(tǒng)通孔組件的表面貼裝器件 (SMD) 解決方案。與其他解決方案相比，回流焊可為其帶來更多優(yōu)勢。典型應用包括鼓風機、冷卻風扇和泵等。

  此外，側向感應還能提高磁性設計的靈活性，從而實現(xiàn)尺寸更為小巧的電機設計，不受間距影響。典型應用包括汽車行業(yè)的車窗升降器和天窗等。

  雙芯片選項

  雙芯片選項可提供另一個可編程/預設輸出，即芯片共包含兩個獨立的輸出，芯片功能更為豐富，可實現(xiàn)反向輸出、報警檢測和失磁檢測等應用。此外，還能實現(xiàn)更為小巧的 PCB 設計。典型應用包括變速箱、電子鎖存器和車窗升降器等。

  微功率選項

  傳感器芯片具有“微功率”的特點，兼具低壓運行和低電流消耗優(yōu)勢，特別適合電池供電設備。該器件采用在內部進行管理的休眠/喚醒策略，功耗得到顯著降低。典型應用包括保險箱的門鎖等。

  可編程選項

  鎖存器和開關芯片可由客戶編程，滿足客戶的各種需求。BRP 和 BOP 可以根據(jù)具體應用進行調整。芯片可直接編程，具有很高的靈活性和準確性。

  TC 選項

  由于不同類型的磁鐵(鐵氧體磁鐵、釹磁鐵等)在同一溫度下的表現(xiàn)不同，熱補償 (TC) 是某些應用的一個關鍵參數(shù)。因此，選擇具有適當 TC 或可編程 TC 的芯片非常重要。

  浮動開關選項

  浮動開關芯片采用隔離式輸出(SOI 技術)，只需通電即可直接驅動負載。典型應用包括液位計應用、按鈕和負載直接驅動等。此外，浮動開關芯片也可直接替代機械簧片開關。

  滿足汽車安全完整性等級 (ASIL) 要求的選項

  符合 ASIL 要求的芯片依據(jù) ISO 26262 標準設計。此類芯片適用于汽車安全應用，如安全帶扣等。

  不同應用適用于哪些不同的磁性芯片?

  Melexis 的鎖存器和開關芯片支持多種應用。主要產(chǎn)品描述如下。在選擇傳感器芯片時，仔細考慮可應用于設計的磁性芯片，為應用選擇合適的產(chǎn)品，實現(xiàn)好的效果。

  滑動

  滑動開關芯片只在一個磁場范圍內工作。在下方示例中，已選擇南極磁場。當磁鐵位于芯片正前方時，磁場強度達到最大值。磁鐵只要在平行于芯片的方向上移動，就會減弱磁信號。在此配置中，建議使用單極傳感器芯片。

  正面接近

  接近開關芯片同樣只在一個磁場范圍內工作。在下方示例中，磁鐵盡可能靠近芯片時，磁場強度達到最大值。磁鐵只要朝芯片方向移動，就會增強磁信號。對于這種配置，應使用單極開關。

  旋轉編碼器磁鐵

  圓盤形磁鐵通常用于索引計數(shù)應用。傳感器芯片將通過南極磁場啟用并通過北極磁場禁用。對于每個磁極對，傳感器信號將切換兩次。對于這些配置，非常適合選擇鎖存器芯片，因為這類芯片在相反的磁場下工作和釋放。在請求方向信息的情況下，方向傳感器可能是一項優(yōu)勢。

  葉片中斷

  亞鐵葉片可用于中斷磁信號。該葉片會使磁場強度發(fā)生變化并觸發(fā)傳感器芯片的輸出。可能仍會對傳感器芯片施加一個較弱的磁場。對于這類應用，首選單極傳感器芯片。

  背向偏置應用

  對于此配置，可以采用多種實現(xiàn)方案。第一種方案可以使用成本較高的零高斯磁鐵來實現(xiàn)，在傳感器感應點所在的位置形成一個實際的零磁場區(qū)域。這種方案支持使用預編程芯片。

  第二種方案可以使用可感應側向磁場分量的傳統(tǒng)磁鐵來實現(xiàn)。該方案已借助 Melexis 的 IMC 技術實現(xiàn)。采用這種方案時，可以使用普通磁鐵;當側向磁場分量接近于零時，磁鐵在整個溫度范圍內的表現(xiàn)仍然很穩(wěn)定。對于這種配置，建議在將芯片安裝到磁鐵上后進行簡單的編程，以確保平穩(wěn)運行。

  下圖表示普通磁鐵配置的磁性分量 Bx 和 Bz。Bz(綠線)顯示應用中出現(xiàn)大幅偏移(100 mT)，說明溫度變化會產(chǎn)生很大影響，在整個溫度范圍內實現(xiàn)良好運行極具挑戰(zhàn)性。對于這類應用，通常使用動態(tài)補償傳感器芯片，但會導致物料清單成本較高。

  磁場的側向分量 (Bx) 在 0 mT 左右對稱，因此具有出色的溫度特性，可提高設計的穩(wěn)定性。采用這種方案(經(jīng)過 0 mT)，可以使用靜態(tài)開關傳感器芯片來控制所需的占空比。芯片安裝后可進行編程，這對于提高精度非常關鍵。對于此配置，建議使用較小的磁滯 +/- 1 mT。

  浮動開關

  若搭配一排浮動開關，磁鐵可用于檢測液位。此外，浮動開關芯片也可直接替代機械簧片開關。

  Melexis 鎖存器和開關芯片產(chǎn)品組合

  我們提供各類鎖存器和開關芯片為多種應用提供支持

  鎖存器和開關芯片的應用越來越廣泛，這類芯片可用于各行各業(yè)的各類應用，實現(xiàn)位置、距離、速度或定向運動檢測。此外，鎖存器和開關芯片維護成本低，設計堅固耐用，可實現(xiàn)非接觸式無磨損操作，并且可免受水、灰塵和振動的影響。Melexis 致力于設計、開發(fā)和制造高質量的鎖存器和開關芯片。