在当今的电子设备中，磁性和锁存器作为重要的传感器元件，广泛应用于汽车、工业和消费电子等众多领域。Allegro 拥有丰富的霍尔效应和隧道磁阻（TMR）开关及锁存器产品，为设计师提供了多样化的选择。本文将详细介绍 Allegro 磁性开关和锁存器的特点、选型要点以及常见应用场景，帮助设计师更好地为具体应用选择适配的器件。
在磁性位置传感领域，主要有开关和锁存器两种类型的传感器。
开关广泛应用于各种非接触式开 / 关位置感应场景，如白色家电、医疗设备、便携式电子设备和智能电表等。当磁场超过工作点阈值（BOP）时，开关打开；当同极性磁场降低到低于释放点阈值（BRP）时，开关关闭。开关可分为单极性和全极性两种类型。单极性开关的 BOP 和 BRP 具有单一磁极性（单极性南或单极性北）；全极性开关对于南北两极磁场都有 BOP 和 BRP 阈值，能响应两种极性的磁场。输出极性可以是标准的或反相的，标准极性在外加磁场超过 BOP 时输出为低，这种极性更为常见，可避免在没有外加磁场时的输出电流消耗；反相极性则在外加磁场超过 BOP 时输出为高。
锁存器是开关的一种特殊变体，具有双极感应特性，常用于电动工具、家电泵和风扇、电动移动平台、工业自动化等应用中的无刷直流（BLDC）电机。与开关不同，锁存器会一直维持其输出状态，直到磁场极性发生改变。当磁场超过工作点阈值（BOP）时，锁存器开启；当磁场极性反转并低于释放点阈值（BRP）时，锁存器关闭。
Allegro 的开关和锁存器可以在 X、Y 或 Z 平面上感应磁场。大多数 Allegro 的器件使用标准平面霍尔传感器在 Z 轴（垂直于器件）上感应磁场，这种平面感应是行业内常用的配置，易于设计，适合大多数应用。然而，某些应用和 PCB 设计需要感应轴位于 X 或 Y 平面上（与器件相同的平面），此时可以使用垂直霍尔传感器（VHT）。Allegro XtremeSense 超低功耗隧道磁阻（TMR）传感器的开关和锁存器适用于在 X 和 Y 平面感应磁场，因为这是其默认配置。如果需要同时感应多个轴，二维（2D）和三维（3D）感应的应用场景会采用多个传感器。终选择哪种感应平面取决于应用场景、磁极状态和传感器在 PCB 设计中的位置。
Allegro 的霍尔传感器具有各种磁性开关点，范围从 10G 到 600G（1mT 到 60mT）。在使用锁存器传感器进行直流电机换向的应用中，传感器所处的磁场形式类似于正弦波，由于这种波形会经过零高斯水平，所以具有较低开关点的传感器可以更好地覆盖可能使用各种弱或体类型的应用场景。磁体越弱，产生的磁场强度越低，该应用所需的开关点阈值也越低。对于磁性开关来说，开关点的阈值高度依赖于终应用的具体情况。例如，开启开关（如洗衣机门）的磁场强度必须小于关闭开关时的磁场强度，但也不能太低，以免环境中可能存在的其他磁场导致误触发。此外，工作（BOP）和释放（BRP）阈值之间的迟滞应足够高，以防止由于噪声或杂散信号而导致的误触发。如果某个应用需要在生产或工作期间调整或校准磁阈值，Allegro 可提供具有可编程磁阈值的器件，允许客户根据需要调整或者设定开关或锁存器的磁工作和释放点。
Allegro 的开关和锁存器可设计用于三线或两线工作。三线器件需要正确连接三根线（VCC、GND 和 OUT），通常有一个需要上拉电阻的开漏型输出，大多数应用更倾向于这种产品。两线器件只需要连接到 VCC 和 GND，传感器根据检测到的磁场强度对供电电流进行调制，以反映开关的开或关状态，开关状态的数据体现在 IC 供电电流（ICC）中。两线器件的好处是能够消除一根，在从开关到中央处理器（ECU 等）所需的线路距离较长时，能节省成本。但其缺点是整体解决方案的电流消耗更高，可能高达 IC 本身电流消耗的五倍。三线（也称为开漏）器件更为常见，因为它们比两线器件更简单、便宜且功耗更低。然而，对于一些特定应用，节省一根线的好处可能更为显著。
低压开关和锁存器通常可以在 1.65V 到 5.5V 的供电电压（VCC）下工作，常用于需要低功耗的智能电表、可穿戴医疗设备、远程物联网（IoT）传感器和移动设备等应用。高压开关和锁存器可以在高达 24V 或 26V（通常为 2.8V 到 3V）的供电电压下工作，通常包含一个内部的电压调节器，可直接连接到汽车电池总线或其他高电压轨，广泛用于汽车行业和高扭矩电机控制的应用场景。
上电时间（POT）定义为开关或锁存器在供电电压（VCC）超过器件的 VCC（VCCMIN）后可以产生有效输出所需的时间。对于某些特定应用，短上电时间至关重要。如果某类应用需要非常短的 POT，可以选择连续时间器件（如 Allegro A110x 或 A120x 系列），这些连续时间器件没有采用动态失调消除技术，POT 通常为 4μs 或更短，通过修调技术而非斩波稳定电路来消除失调。如果不需要非常短的 POT（常见于大多数应用），建议使用具有动态失调消除功能的 Allegro 器件，这类器件对机械应力或温度漂移引起的失调不太敏感，大多数 Allegro 的开关和锁存器使用了某种形式的动态失调消除技术，通常具有约 25μs 的 POT。
对于需要低功耗的应用，如手机、无人机、远程物联网传感器和可穿戴医疗设备等电池供电的设备，低功耗的开关或锁存器至关重要。这些器件需要能够直接在电池或其他低电压轨下工作。Allegro 提供了各种可以在低至 1.65V 的供电电压下工作且功耗非常低的器件。低压微功耗器件通过占空比循环工作来降低功耗，仅在短暂时间内（长约 60μs）打开（唤醒）以感知外加磁场。微功耗开关或锁存器的开启和关闭（睡眠）时间比例可能因器件而异。对于需要在功耗水平下工作的设备，睡眠期的时间会更长，范围可以从 1.5ms 到 200ms。通过延长活动唤醒期之间的时间间隔，像 Allegro APS11753 这样的微功耗开关可以达到低于 5μA 的连续电流消耗水平。然而，长睡眠期的一个缺点在于 IC 处于睡眠模式时无法检测到磁场变化，因此开关或锁存器需要更多时间来响应外部磁场的任何变化。对于磁场快速变化的高速应用，具有长睡眠期的微功耗器件可能没有足够的带宽来准确检测磁场变化。但对于较低带宽的应用，如电池供电的笔记本电脑和便携式电子设备中的盖子开 / 关检测，不存在这个问题。推挽型输出是超低功耗的低压开关和锁存器的另一个常见特性。与单个开漏场效应（FET）和外部上拉电阻的结构相比，推挽型输出使用了两个晶体管，它们进行开关动作以拉低或拉高输出。虽然推挽输出比开漏输出的功耗更低，但推挽输出无法提供高的输出驱动电流。因此需要仔细分析输出驱动的要求。开漏输出可以提供高达 25mA 的驱动电流并且可以根据外加电压提供不同的开通和关闭输出电压，与此相比，推挽输出的驱动电路通常限制在约 1mA 以内；然而，这对于大多数高阻型数字输入 / 输出（I/O）的接口来说已经足够了。Allegro 的 XtremeSense TMR 开关和锁存器产品（CT811x、CT812x、CT813x）通过使用隧道磁阻（TMR）传感器代替霍尔板来检测磁场，与霍尔传感器相比，TMR 传感器具有更高的灵敏度和更高的带宽性能，能够达到亚微瓦级的功耗水平。
一些汽车应用要求开关和锁存器具有汽车安全完整性等级（ASIL）评级，ASIL 是由 ISO 26262 定义的风险分类方案。Allegro 的产品组合中有各种 ASIL 评级的开关和锁存器，涵盖了 X、Y 或 Z 轴感应的三线和两线配置，如 Allegro APS12450、APS11800 和 A113x 系列，非常适合汽车应用。
与其他应用相比，汽车的高压应用通常需要能够根据人体模型（HBM）承受更高水平的静电放电（ESD）。低压应用通常具有不太严格的 ESD 要求。Allegro 的高压开关和锁存器的 HBM ESD 额定值通常在 4kV 到 6V 范围内，此外，Allegro 还具有一些超过 12kV ESD 承受能力的器件。
