Rishi Ramabadran

具有智能磁性位置傳感器的器件（門窗傳感器、電子智能鎖（如圖 1所示）、筆記本電腦、耳塞、平板電腦、智能手機以及水表和燃氣表）均依賴于更小、更節能的開關。磁性開關通常需要檢測與印刷電路板 (PCB) 平行或水平的磁場，這是一種稱為面內的檢測方向。

最常用的面內磁性開關是各向異性磁阻 (AMR)、隧道磁阻 (TMR) 和簧片開關。AMR 和 TMR 的工作原理是依據磁場的角度和幅度更改電阻率。簧片開關由兩塊封裝在玻璃管中的鐵磁金屬構成。當在它們之間引導足夠強的磁場時，這些塊會相互接觸。

盡管 AMR、TMR 和簧片開關是市場上現有的解決方案，但也存在缺點。由于簧片開關封閉在玻璃管或其他密封外殼中，因此該封裝體積大且昂貴，并且放置在磁體旁邊時容易受到扭矩的影響（請參閱圖 2）。外殼還可以輕松地在 10 萬到 100 萬個開關周期之間斷開，這使得該技術不太耐用和可靠。簧片開關無法以高精度檢測磁場。

使用簧片開關進行設計時，還存在一個問題，那就是兩個簧片彼此接觸后分離產生彈性碰撞，導致簧片開關發生去抖。去抖會延長信號的穩定時間，如果不加以處理，可能會影響傳輸完整性。

圖 2簧片開關的仿真響應，顯示了兩片簧片尖端之間的集中磁通密度

AMR 和 TMR 傳感器的金屬層堆疊很復雜，制造成本很高。形成這些金屬層需要使用不易獲取并可能導致供應限制的專用沉積設備；這些層也必須磁化。

磁感應步入新時代

由于霍爾效應技術具有與常見開關類型相似的靈敏度和功耗，同時具有可擴展性且更加經濟，因此對霍爾效應技術的需求不斷增長。霍爾效應開關依據磁場幅度監測電壓變化來工作。

TI 的TMAG5134面內霍爾效應開關（圖 3）具有一個集成式磁集中器，其中包含兩個位于感應元件上方的金屬板。集中器側重于傳感元件上的磁場，將磁場放大，從而能夠檢測太弱而無法單獨使用霍爾效應傳感器進行有效測量的磁場。TMAG5134 能夠檢測到弱至 1mT 的磁場，支持使用小型磁體，從而降低系統級成本。

TMAG5134 集成式磁集中器的性能以及霍爾效應技術的制造成本可作為 AMR、TMR 和簧片開關的有力競爭對手，并顯著降低了系統成本。

圖 3TMAG5134 霍爾效應開關的面內位置設計

與標準霍爾效應傳感器相比，集成式磁集中器可降低功耗，因為它可以放大信號，無需以盡可能大的電流對傳感器進行偏置。TMAG5134 的功耗可低至 0.6μA。

此外，如果您檢測到與 PCB 平行或水平的磁場，TMAG5134 的面內感應方向可在系統設計中提供更大的靈活性。通過在晶體管外殼 (TO)-92 封裝中使用霍爾效應開關，雖然可以解決這一難題，但這會占用更多布板空間。由于 TMAG5134 是霍爾效應開關，因此與機械開關相比，它可無接觸地感應磁場，從而減少磨損并提高可靠性和彈性。

TI 提供了一款名為德州儀器 (TI) 磁感應仿真器 (TIMSS)的磁仿真工具，您可以根據傳感器磁體放置來仿真磁場和傳感器輸出。TIMSS 可減少系統和完整產品設計修訂版本，并支持使用不同系統容差進行快速實驗。您可以選擇 TIMSS 中的 TMAG5134，并獲得您在系統中看到的磁場和器件輸出的 3D 可視化效果。

設計工程師在選擇合適的技術時，通常需要考慮成本、功率和運行閾值（請參閱表 1）。

表 1 TMAG5134 霍爾效應開關與其他面內感應技術的比較

更智能的傳感應用

TMAG5134 等面內霍爾效應開關的功能包括以下示例：

用在包括門窗傳感器和電子智能鎖在內的智能家居系統中：

檢測用戶是否打開或關閉門窗。

監控門栓位置以確定門當前的狀態。

更長的電池壽命。

用在筆記本電腦、平板電腦和耳塞等消費類電子產品中：

檢測用戶是否打開或關閉筆記本電腦蓋或平板電腦蓋板，或者檢測用戶是否將筆記本電腦折疊了 360 度。在筆記本電腦和平板電腦中，屏幕根據其打開和關閉狀態亮起或熄滅。

確定用戶是否打開或關閉耳塞充電盒蓋，或者是否在耳塞盒中插入或取出耳塞。任一操作都會確定耳塞的充電狀態。

用在能源基礎設施中：

檢測水表和燃氣表中磁體的滑動情況，以使電表進入診斷模式。

檢測儀表上外部磁體的放置情況是否會干擾儀表測量。

結語

TMAG5134 等面內霍爾效應開關正在塑造磁位置檢測的未來。未來，TMAG5134 等器件非常適合增強型或虛擬現實耳麥和智能眼鏡等產品。TMAG5134 同時具有良好的性能和低成本，因此是面內霍爾效應開關的一個有吸引力的選擇。