【導讀】與機械開關相比，鎖存器和開關芯片在眾多應用中發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品組合。
智能和互聯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）時發生變化，然后在達到相反的閾值（例如南極磁場值）時再次發生變化。在這兩個閾值之間，輸出處于鎖定狀態（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。
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、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、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控制器。
在居家環境中，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的電線數量。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。
根據行業標準：
IDD_LO
當磁場強度等于或低于 BRP 時產生的電流。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。
IDD_HI
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，即使出現一些波動，也能確保讀數穩定。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。
4 線制
這類芯片輸出兩個信號：速度（或脈沖）和方向。速度是鎖存傳感器的正常輸出，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為低電平或高電平。磁場去除后，器件會保持之前的狀態。
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。側向感應還可實現通常需要傳統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，可實現反向輸出、報警檢測和失磁檢測等應用。此外，還能實現更為小巧的 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不同，熱補償 (TC) 是某些應用的一個關鍵參數。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 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，為應用選擇最合適的產品，實現最佳效果。
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生變化并觸發傳感器芯片的輸出?？赡苋詴鞲衅餍酒┘右粋€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，可以采用多種實現方案。第一種方案可以使用成本較高的零高斯磁鐵來實現，在傳感器感應點所在的位置形成一個實際的零磁場區域。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磁鐵來實現。該方案已借助 Melexis 的 IMC 技術實現。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仍然很穩定。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）顯示應用中出現大幅偏移（100 mT），說明溫度變化會產生很大影響，在整個溫度范圍內實現良好運行極具挑戰性。對于這類應用，通常使用動態補償傳感器芯片，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，可提高設計的穩定性。采用這種方案（經過 0 mT），可以使用靜態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的各類應用，實現位置、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、開發和制造高質量的鎖存器和開關芯片。
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