霍爾效應開關和鎖存器是磁場比較器。它們將磁通密度（有時稱為 B 場）與一些預先指定的閾值進行比較，并將比較結果作為 1 位數(shù)字值輸出。有四種不同類別的數(shù)字（開/關）霍爾傳感器：單極開關、雙極開關、全極開關和鎖存器。
    我們將詳細檢查每種類型的傳遞函數(shù)。但是，在此之前，我想澄清一個在我們的討論中經(jīng)常使用的重要概念：磁通密度的極性。
    我們?nèi)绾味x B 場的極性？
    霍爾效應設備是定向的。它僅感測沿其靈敏度軸的磁通密度分量。圖 1 顯示了兩種常見霍爾器件封裝的靈敏度軸。

    圖 1.圖片由Texas Instruments提供。
    如果施加到設備的磁場在靈敏度軸的方向上產(chǎn)生一個分量，則假定 B 場為正。如果場在靈敏度軸的相反方向上產(chǎn)生一個分量，則假定為負。圖 2 顯示了一個示例，其中磁通密度在傳感器位置 (A) 處具有負極性。

    圖 2
    在上面的例子中，我們假設設備靈敏度軸在 z 軸方向。由于磁鐵的磁力線從北極走向南極，因此設備感測到的 B 場為負。
    還有一個關于霍爾傳感器制造商通常使用的 B 場極性的約定。他們認為磁鐵南極產(chǎn)生的磁場為正，北極為負。這是基于傳感器的品牌面朝向磁鐵的假設。品牌面是傳感器的前表面，您可以在其中找到設備部件號等。考慮圖 1 中所示的靈敏度軸，您可以驗證將磁鐵的南極呈現(xiàn)在傳感器的品牌面會產(chǎn)生靈敏度軸方向的磁場（正磁場）。同樣，北極會產(chǎn)生負磁場。如果我們將磁極呈現(xiàn)在傳感器包裝的背面（不是包裝的品牌面），
    結束本次討論的最后一點說明：許多霍爾設備是一維的，并且僅沿一個靈敏度軸感測 B 場（如圖 1 所示）。但是，有更復雜的傳感器 IC，它們采用多個霍爾元件來支持三個靈敏度軸（三維傳感器）。現(xiàn)在，讓我們檢查一下不同類型的數(shù)字（開/關）霍爾設備的傳遞函數(shù)。
    單極開關
    單極開關的功能如圖 3 所示。

    圖 3
    該器件稱為單極開關，因為它的開關閾值（B RP和 B OP）位于磁場軸的正區(qū)域。輸出狀態(tài)只能響應南極場而改變。北極或負磁場對傳感器沒有影響；解釋名稱“單極開關”。
    讓我們看看設備如何響應磁場的變化。假設向傳感器施加了北極磁場，我們逐漸增加施加的磁場（使其更正）。對于 B < B OP，設備關閉并且輸出為邏輯高電平。當施加的磁場變得比閾值 B OP更大（或更正）時，設備開啟并且輸出切換到相反狀態(tài)（邏輯低電平）。圖中藍色曲線顯示了增加 B 場的傳遞函數(shù)。
    激活的設備如何響應減弱的場？對于減小的磁場，器件保持開啟狀態(tài)（邏輯低電平），直到施加的磁場變得小于 B RP。這由上圖中的紅色曲線顯示。對于 B < B RP，器件關閉并且輸出變?yōu)檫壿嫺唠娖健?br />     因此，增加磁場的開關閾值不同于減少磁場的開關閾值。這種遲滯是有意設計的，以便在輸出端實現(xiàn)干凈的切換。霍爾效應傳感系統(tǒng)中的機械振動以及電氣和電磁噪聲會將噪聲引入傳感磁場。閾值水平附近的 B 場噪聲會導致霍爾傳感器輸出端出現(xiàn)不確定的、快速變化的波動（圖 4）。通過使增加和減少字段的閾值略有不同，可以消除這些不需要的波動。

    圖 4.沒有滯后，輸出在閾值附近可能不確定。
    正如我們在上面看到的，單極開關的操作可以用兩個不同的參數(shù)來描述：B OP和 B RP。B OP代表“磁性操作點”或簡稱為“操作點”。這表示增加磁場的閾值水平，超過該閾值傳感器將開啟。B RP是“磁性釋放點”或簡稱為“釋放點”。它表示磁場減弱的閾值水平。對于 B < B RP，設備關閉。滯后由 B HYS表示，由下式給出：
    B HYS = B OPB RP
    我們將在下面討論類似的符號可用于描述其他類型的數(shù)字霍爾設備的操作。
    請注意，根據(jù)傳感器電子設計，傳感器輸出的開啟和關閉狀態(tài)可能與圖 3 中描述的相反（設備關閉時為邏輯低電平，設備開啟時為邏輯高電平）。
    雙極開關
    全極開關的傳遞函數(shù)如圖 5 所示。

    圖 5
    全極開關在強正磁場或強負磁場的作用下導通。如圖所示，當磁場強度大于 B OP (|B| > B OP ) 時，器件開啟，輸出變?yōu)檫壿嫷碗娖健．?B 場的大小變得小于 B RP (|B| < B RP)，傳感器關閉，輸出變?yōu)檫壿嫺唠娖健Ｋ{色曲線顯示當 B 場從較大的負值變?yōu)檩^大的正值時的傳感器輸出。紅色曲線顯示 B 場遞減的輸出。對于全極開關，正負 B 場的工作點大小相同。類似地，南極和北極場的釋放點幅度相同。
    霍爾效應鎖存器
    霍爾效應鎖存器的傳遞函數(shù)如圖 6 所示。

    圖 6
    閂鎖裝置具有正 B OP和負 B RP。它由足夠大的正磁場 (B > B OP )打開，并在存在足夠強的北極磁場 (B < B RP )時關閉。器件滯后包括 B=0 附近的區(qū)域，范圍從 BRP 到BOP. 我們知道設備不會在滯后區(qū)域改變狀態(tài)。假設我們應用足夠強的正磁場來激活傳感器。如果我們移除這個磁場，設備將感應到 B=0 的磁場。盡管傳感器沒有施加任何場，但它會保留其先前的狀態(tài)并保持開啟狀態(tài)。如果我們應用具有相反極性的強場，它只會改變狀態(tài)。當向傳感器施加弱磁場時 (B RP < B < B OP )，傳感器將保留其先前產(chǎn)生的輸出。這就解釋了為什么這個霍爾器件被稱為鎖存器。
    單極或全極開關可以隨著施加場的幅度變化而改變狀態(tài)，而鎖存器可以感測 B 場的極性（前提是施加場具有足夠的強度）。鎖存器通常與旋轉應用中的環(huán)形磁鐵一起使用，例如用于檢測旋轉軸的位置。如圖 7 所示。

    圖 7.圖片由Allegro提供。
    隨著軸的旋轉，感測磁場的極性發(fā)生變化，傳感器相應地打開/關閉。對于閂鎖裝置，操作點和釋放點大小相等但極性相反 (B OP ≠ -B RP )。
    雙極開關
    對于雙極開關，我們只知道“最大”操作點和“最小”釋放點的值。然而，確切的閾值是未知的。因此，設備的確切操作可能會因設備而異。圖 8 顯示了一個示例，其中最大 B OP約為 300 高斯，最小 B RP約為 -300 高斯。

    圖 8.圖片由霍尼韋爾提供。
    對于“器件 1”，B OP和 B RP均為負。對于“設備 3”，兩個閾值都是正的。另一個樣本“設備 2”的響應類似于鎖存器。它具有正 B OP和負 B RP。盡管“設備 2”的傳遞函數(shù)類似于鎖存器的傳遞函數(shù)，但應注意雙極開關的操作點和釋放點的幅度可能不相等 (B OP - B RP )。
    如您所見，即使對于在同一批次中一起制造的相同類型的設備，也可能存在三種不同的傳遞函數(shù)。根據(jù) Allegro 的“雙極開關霍爾效應 IC 基礎知識”應用說明，只有大約 10% 的雙極開關具有類似于“器件 1”和“器件 3”的傳遞函數(shù)。其余的具有閂鎖型響應。與鎖存器件相比，雙極開關可以提供更窄的滯后區(qū) (B HYS = B OP ? B RP )，因此具有更高的靈敏度。但是，由于雙極開關的工作模式會因單元而異，因此我們需要確保系統(tǒng)在 B OP 和 B 的所有可能值下都能正常運行RP（在指定的范圍限制內(nèi)）。