1879 年，马里兰州立大学研究生霍耳发现：沿x 方向流过的电流遭到其笔直方 向(z 方向)的磁场效果时，带电离子会遭到y 方向的磁力影响而发生电势堆集， 这便是霍耳效应。其间发生的电势差被称为霍耳电压。因为改动的磁场会发生改动的电场，那么，运用霍耳效应做磁场监测是可行的，事实上也是现在遍及采纳的办法。依据霍耳效应的传感-操控芯片广泛运用在电机操控、手机、电流及磁 场丈量等范畴。
实践运用中，常用于PC 散热等用处的直流无刷电机，因为外部障碍物等要素，或许反常中止作业。电机操控芯片需求通过霍耳传感器对磁场相位监测，判别反常停转状况，及时封闭电机并延时重启，以便电机能够康复正常作业。
图1 给出了霍耳效应芯片的规划框图，由霍耳感应单元得到与磁场改换相关的电压信号，经扩大器扩大及磁滞比较器判别，操控逻辑监测电机的运转状况，做出 关断或延时自启动等功用，功率输出管驱动外部电机作业。
图1 霍耳效应芯片的体系框图
一般，电机需求在较宽的电压规模作业。在本规划中，方针要求芯片能够作业在 3.3V~28V 的电压规模，而且当电机操控电压高于54.7V 时，将输出电压钳位防 止焚毁电机。
芯片作业电压由其内部电压源发生，而常见的带隙基准很难在这样宽的电压规模内正常的作业。因而，规划中选用三极管年代盛行的齐纳二极管钳位办法发生电 压源，如图2 所示。这种电压源能够在很宽的电压规模作业，但也有电流耗费较 大，且输出随电源电压、温度改动较大等许多缺陷。所幸在电机运用中，这些缺陷是非必须的。
当电压VIN 高于齐纳管的反向击穿电压(一般约为6~7V，这儿取6.5V)后，Vz 电压被胁迫在6.5V，R1 起到限流的效果。而VIN 低于6.5V 而高于必定值，M1 也能够导通，使得VCC 有电压，相同可使内部电路作业。其间，M1,M2,M3 皆为 高压器材。通过恰当规划，该电压源能够在3V~65V 之间作业。
图2 内部电压源的发生
霍耳感应单元常用的形状和工艺资料等有多种，此规划运用正方形外形并依据无 特别掺杂的CMOS 工艺。 在图3 左图中，电流自+Vs 流向地端，磁场笔直于该片面，则将在方形的别的两极点之间会构成霍耳电压Vo1。而通过开关操控，鄙人一时刻，电流流向及霍耳电压取向改为右图所示，这样也能够消除硅片的压电电 阻(⊿R)效应。这样较其他规划中常见的选用2 个或4 个霍耳感应单元消除压电 电阻效应的办法更省面积，复杂度也有所减小。
图3 霍耳感应单元
感应的霍耳电压通过扩大器扩大和磁滞比较器输出相应的数字信号，交由芯片操控逻辑部分处理。为战胜电机作业中的意外中止，本规划包含了防锁死及主动重启机制。该机制依据比较器输出信号相位的改动进行边际监测、计数、重置等工 作，与其他逻辑信号来判别芯片的作业状况。
图4 防锁死重启电路及时序
防锁死重启电路及时序如图4 所示，CompA
作为电机操控芯片，规划要求对输出功率管的开关依照必定逻辑次序进行，而且需求监督防锁死重启电路的输出，以及操控功率管的死区(dead zone)时刻等。 这些功用由芯片逻辑操控部分完结，该部分简化电路如图5 所示。Comp 信号为 通过处理的磁滞比较器的输出，Osc 信号来自振荡器，H_peak 信号是计数器的输 出，Reset 及其反信号是重启动操控信号。当正常作业时，开关SW1 及SW3 有用; 当体系需求重启动时，开关SW2 及SW4 有用。由En 信号操控开关组挑选芯片处 于正常状况 或是重启动状况，En 信号电平由防锁死重启逻辑判别给出。
图5 操控逻辑简化电路图
输出驱动及维护电路如图6 所示，芯片 片内部分由驱动电路、输出功率管、电压钳位二极管构成。因为输出功率管尺度较大，需求驱动电路使其正常作业。其驱 动电路一般有串接的反向器串组成，且尺度逐级增大。当VIN 过高时，或许焚毁 输出功率管或电机，这儿电压钳位二极管串将Vout 胁迫在最高答应电压。若要 求最高电压为54.7V, 齐纳二极管正向和反导游通电压分别为0.7V 和6.5V, 那 么以3 个正向和8 个反向齐纳二极管串接，则钳位电压约在3×0.7+8×6.5+ 0.6=54.7V。
图 6 输出驱动及维护电路
完结的芯片地图如图7 所示。该芯片选用0.5um, 双层金属，65V 高压CMOS 工艺完成。通过测验，该芯片能够正常作业在2.8～28V 规模，均匀输出电流可达 400mA。当电源电压为24V 时，电流损耗为1.8mA，芯片面积650um×1140um。
图7 霍耳效应电机操控芯片地图
