您是否曾經設計電路但結果不如預期？我也有過相同的經驗！ 本文將協助您解決工業及汽車應用中，與霍爾效應感測器相關的三種常見挑戰：旋轉編碼、穩健的訊號傳輸以及平面磁場感測。
挑戰1— 旋轉編碼應用無法產生正交簽章
當我們嘗試在旋轉編碼應用中監測速度與方向（順時鐘或逆時鐘），常會使用兩個霍爾效應存鎖電路，或是一個雙存鎖。雖然有好幾個原因可能導致正交簽章不良，最常見的問題之一還是裝置和環形磁極之間的放置方式（與失準）。
使用兩個霍爾效應存鎖電路時，只要讓霍爾效應感測器和每個磁極保持半個寬度，再加上任何一個整數值的寬度，便有可能以機械方式達到良好的二位元正交輸出。如圖1b中，感測器2位於南/北介面，而感測器1與感測器2的距離為一個完整極點的寬度再加上北極寬度的一半。至於霍爾效應雙存鎖電路，則可使用感測器跟磁極距離正好為寬度一半的裝置。但因為必須配合與環形磁極之間的距離，這種作法自然產生許多限制。
圖1a說明了使用雙感測器解決方案時放置方式可能會出現的問題，而圖1b與1c則分別為使用兩個獨立的感測器或單晶片解決方案時該如何解決問題。像TMAG5110或TMAG5111這樣的霍爾效應電流感測器，原本就有助於各種環形磁極尺寸與磁極數量確保簽章無誤。此外它們的實作非常簡單，能排除機械放置可能導致的任何錯誤。其精密度也能持續提供正確讀數，確保正交簽章良好無誤。
圖1：雙感測器旋轉編碼：圖1a為使用雙存鎖的錯誤感測器放置方式；圖1b為使用雙存鎖的正確感測器放置方式；圖1c為使用2D感測器的多方位感測器放置方式
旋轉編碼應用常見於各種汽車及工業應用。以下為幾種實例：
- 汽車— 電動窗、天窗、尾門、側滑門與電動座椅。
- 工業— 車庫門與大門開啟系統、空調開關、家電控制鈕、車輪旋轉感測，還有電動窗或百葉窗。
挑戰2— 外置感測器通訊不如預期穩定
您的設計若曾遇過這個問題，很可能就是使用了有磁干擾耦合電壓輸出的感測器。雖然您的走線可能很短，但要是有大量無法解釋的電磁干擾（EMI），那麼您的類比訊號便有可能將干擾直接耦合到測量結果。感測器與微控制器（MCU）之間若能可靠連結，微控制器就會知道感測器到底有沒有連上線。有了電壓輸出裝置，輸出便可能被牽引到低電壓或整個切斷連線— 而微控制器將無法偵測到其中差異。
要消除電磁干擾非常困難。屏遮、小心佈線或其他緩解的做法都可能增加設計成本。我們建議應將解決方案的重點放在感測器本身。雙線電流輸出裝置原本就對電雜訊較不敏感，是非常適合中距離佈線遠端感測應用的一種選擇。透過超長纜線傳送訊號雖會造成電壓耗損，對大部分工業及汽車應用來說，安裝雙線電流輸出感測器便能運作良好。
圖2說明了像TMAG5124這類有雙線電流輸出的霍爾效應開關，如何利用接地線長距離傳輸訊號。在這個例子當中，「雙線」代表必須將感測器的VCC和接地線連接到微控制器的通用型輸入/輸出。有了電流輸出功能再搭配更高的準確度（磁場操作點與釋放點改為2mT），就能擁有紮實可靠的設計。
圖2：雙線電流輸出感測器實作
使用電流輸出感測器的汽車應用包括：
- 座椅安全帶扣
- 座椅位置／空位偵測
- 門鎖
- 手剎車
- 天窗／後車箱關閉
- 剎車踏板
挑戰3—霍爾效應感測器只對正交磁場有反應
現有的單軸霍爾效應感測器，多用來偵測和封裝正面呈直角之磁場。如果您所需要的感測器必須要能監測和封裝側面平行的磁場，選擇就相當有限。
圖3說明了水平磁場感測的各種方式。雖然可用傳統霍爾效應感測器進行水平磁場感測，但這種方式有幾個重大缺點。把標準的3針腳小型電晶體（SOT-23）裝在另一個體積更小的印刷電路板上，會增加組裝製程的成本與複雜程度（圖3a）。電晶體外型（TO-92）封裝並未採用跟標準型表面黏著封裝一樣的組合安裝製程，也會增加整體設計的成本（圖3b）。
當您遇到類似狀況，像TMAG5123-Q1這樣的同平面霍爾效應開關就是一個很好的選擇，能從表面黏著封裝的側面偵測磁場。這種方式能為機械設計提供更多的自由與彈性，因為它採用SOT-23封裝，有可能縮小所占面積（圖3c）。
圖3：水平磁場感測：圖3a為SOT-23封裝的傳統感測器；圖3b為TO-92封裝的傳統感測器；圖3c為SOT-23封裝的平面感測器
電路設計總是不斷浮現各種挑戰，但通常都會有方法或裝置能幫助您解決這些問題。希望本文能提供一些方法，來解決利用霍爾效應感測器進行設計時常見的幾種應用挑戰。歡迎在文章下方留言，分享您的問題和解決問題的經驗！
