Датчики Холла Si72xx компании Silicon Labs

Компания Silicon Labs выпускает три линейки интегральных датчиков магнитного поля на эффекте Холла серии Si72xx. Они предназначены для реализации разнообразных датчиков и детекторов положения и перемещения. В сравнении с аналогичными решениями других производителей датчики Si72xx выделяются минимальным энергопотреблением и высокой чувствительностью.

 

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Среди датчиков Si72xx есть как типовые микросхемы с базовыми функциями, так и решения с различными дополнительными модулями, среди которых

  • встроенный датчик температуры, схема термокомпенсации,
  • поддержка режима пониженного энергопотребления,
  • встроенный цифровой фильтр,
  • функция автокалибровки (self-test),
  • блок контроля вмешательства (tamper detection), детектирующий аномально высокое магнитное поле,
  • цифровой интерфейс I²C для чтения данных и настройки параметров датчика.

На данный момент датчики доступны в корпусах SOT23 с тремя или с пятью выводами. В ближайшем будущем будут выпущены модели в корпусах DFN-8 и TO-92.

 

Датчики серии SI72xx чувствительны к магнитному полю, приложенному перпендикулярно к плоскости корпуса. Допустимые варианты расположение датчика относительно магнитного поля приведены на рисунках. Для детекторов движения, угла поворота, для контроля магнитного поля в 3D пространстве используют два или три датчика.

 

 

 

Датчики Холла SI72xx представлены следующими типами:

  • Биполярная защелка с гистерезисом (Триггер, Latch)

     

     

  • Униполярный пороговый с гистерезисом и детектором вмешательства (Ключ, Unipolar Switch)

     

     

  • Омниполярный пороговый с гистерезисом и детектором вмешательства (Ключ, Omnipolar Swith)

     

     

  • Линейный с аналоговвым выходом
  • Линейный с ШИМ-выходом
  • Линейный с SENT-выходом

 

СЕРИЯ SI720X - ЦИФРОВЫЕ КЛЮЧИ И ТРИГГЕРЫ

Датчики Холла серии Si720x производят измерения в определенной частотой и формируют выходной сигнал согласно измеренному уровню магнитного поля в зависимости от запрограммированных порогов. Si720x имеют один либо два информационных выхода.

Датчики Si720x выпускаются как в 3-выводном, так и в 5-выводном корпусе. Трехвыводные датчики имеют линии питания, земли и линию выхода, в то время как для датчиков в 5-выводном корпусе доступны два дополнительных сигнала:

  • Первый дополнительный вывод служит для перевода микросхемы в режим сна (DIS)
  • Второй вывод служит для сигнала блока контроля вмешательства (TAMPERb) 

У 3-выводных датчиков Холла с поддержкой функции tamper detection при превышении порога детектора вмешательства на выходе выставляется "0".

Документация на серию доступна на сайте производителя.

 

Тип датчика Количество выводов

Выходной сигнал

Частота измерений Индукция срабатывания
Bop, индукция отпускания, Brp
Si7201-00 3

Омниполярный пороговый с гистерезисом, выход Push-pull

5 Гц Bop = ±1.1 мТ (max)
Brp = ±0.2 мТ (min)
| Bop - Brp | = 0.4 (typ)
Si7201-01
Si7201-02 Bop = ±0.9 мТ (max)
Brp = ±0.2 мТ (min)
| Bop - Brp | = 0.2 (typ)
Si7201-03 Bop = ±2.8 мТ (max)
Brp = ±1.1 мТ (min)
| Bop - Brp | = 0.6 (typ)
Si7201-04 1 Гц Bop = ±1.4 мТ (max)
Brp = ±0.2 мТ (min)
| Bop - Brp | = 0.4 (typ)
Si7201-05 5 Гц Bop = ±2.0 мТ (max) Brp = ±0.6 мТ (min)
| Bop - Brp | = 0.6 (typ)
Si7201-06

Омниполярный пороговый с гистерезисом, выход открытый коллектор

Si7201-07
Si7201-08 Bop = ±2.8 мТ (max)
Brp = ±1.1 мТ (min)
| Bop - Brp | = 0.6 (typ)
Si7202-00

Биполярная защелка с гистерезисом, выход Push-pull

Bop = +0.65 мТ (max) Bop = +0.15 мТ (min)
Brp = -0.65 мТ (max) Brp = -0.15 мТ (min)
| Bop - Brp | = 0.8 (typ)
Si7202-01 Bop = +1.4 мТ (max) Bop = +0.6 мТ (min)
Brp = -1.4 мТ (max) Brp = -0.6 мТ (min)
| Bop - Brp | = 2.0 (typ)
Si7203-00 5

Омниполярный пороговый с гистерезисом, выход открытый коллектор

1 кГц Bop = ±1.1 мТ (max)
Brp = ±0.2 мТ (min)
| Bop - Brp | = 0.4 (typ)
Si7204-00

Биполярная защелка с гистерезисом, выход Push-pull

Bop = +1.1 мТ (max) Bop = +0.6 мТ (min)
Brp = -1.1 мТ (max) Brp = -0.6 мТ (min)
| Bop - Brp | = 1.8 (typ)
Si7205-00 3 Биполярная защелка с гистерезисом, выход открытый коллектор 100 Гц Bop = ±3.0 мТ (max)
Brp = ±0.8 мТ (min)
| Bop - Brp | = 0.6 (typ)
Si7206-00 Bop = +1.4 мТ (max) Bop = +0.6 мТ (min)
Brp = -1.4 мТ (max) Brp = -0.6 мТ (min)
| Bop - Brp | = 2.0 (typ)

 

 

Тип датчика Дополнительные функции Напряжение питания Потребляемый ток Рабочий
диапазон
температур
Блок tamper detection Схема температурной
компенсации
Встроенный
датчик
температуры
Поддержка
автокалибровки
Цифровой фильтр Режим
измерений
Режим сна
Si7201-00 нет нет нет нет нет 1.7 - 3.6 В

5 мА
@
Vdd = 3.3 В

  0 .. 70 °C
или
-40 .. 125 °C

 

Si7201-01 да, порог ±19.8 мТ
Si7201-02 да (0.12%/°C) да (FIR с выборкой 4)
Si7201-03 нет нет нет 1.7 - 5.5 В
Si7201-04
Si7201-05 да, порог ±19.8 мТ
Si7201-06 нет
Si7201-07 да, порог ±19.8 мТ
Si7201-08 нет
Si7202-00 1.7 - 3.6 В
Si7202-01 1.7 - 5.5 В
Si7203-00 да, порог ±19.8 мТ 1.7 - 3.6 В

от 50 нА

Si7204-00 нет
Si7205-00 3.3 - 26.5 В

6.5 мА
@
Vdd = 3.3..26.5 В

 
Si7206-00

 


СЕРИЯ SI721X - ДАТЧИКИ ХОЛЛА С ЛИНЕЙНЫМ ВЫХОДОМ

Датчики серии Si721x работают на фиксированной частоте и имеют один выход. Доступно три типа выходного сигнала:

  • аналоговый
  • ШИМ-сигнал
  • однопроводной протокол SENT

Датчики Si721x выпускаются как в 3-выводном, так и в 5-выводном корпусе. Трехвыводные датчики имеют линии питания, земли и линию выхода, в то время как для датчиков в 5-выводном корпусе доступны два дополнительных сигнала:

  • Первый дополнительный вывод служит для перевода микросхемы в режим сна (DIS)
  • Второй вывод служит для запуска функции автокалибровки (BIST)

Документация на серию доступна на сайте производителя.

 

Тип датчика Количество выводов Выходной сигнал Частота измерений Индукция срабатывания Bop,
индукция отпускания, Brp 
Si7211-01 3 Аналоговый 7 кГц  
Si7212-00 выход Push-pull, ШИМ-сигнал 300 Гц
Si7213-00 выход открытый коллектор, SENT-сигнал * 1 кГц
Si7214-00 выход открытый коллектор, ШИМ-сигнал 150 Гц
Si7215-00 выход открытый коллектор, SENT-сигнал * 1 кГц
Si7216-00 Аналоговый
Si7217-01 5 7 кГц

 

* SENT (Single Edge Nibble Transmission) - это однонаправленный асинхронный протокол, распространенный в автомобильной промышленности. Описание стандартна доступно в документации на Si721x, а также на сайте standards.sae.org.

 

Тип датчика Дополнительные функции Напряжение питания Потребляемый ток Рабочий диапазон температур
Блок tamper detection Схема
температурной
компенсации
Встроенный
датчик
температуры
Поддержка
автокалибровки
Цифровой
фильтр
Режим
измерений
@ Vdd = 3.3 В
Режим
сна
Si7211-01 нет нет нет нет да (FIR с выборкой 16) 2.25 - 5.5 В 5.5 мА   -40 .. 125 °C
Si7212-00 1.7 - 5.5 В 5.0 мА
Si7213-00 да, через установку "0" на линии выходного сигнала
Si7214-00 нет 3.3 - 26.5 В
или
4.0 - 26.5 В
6.5 мА
Si7215-00 да, через установку "0" на линии выходного сигнала
Si7216-00 нет
Si7217-01 да, через отдельный вывод 2.25 - 5.5 В 7.0 мА от 50 нА

 

 

СЕРИЯ SI7210 С ПОДДЕРЖКОЙ I2C И ВСТРОЕННЫМ ДАТЧИКОМ ТЕМПЕРАТУРЫ

По сравнению с другими датчиками Холла Silicon Labs, датчики серии Si7210 имеют наиболее широкий набор функций.

Микросхемы данной серии оснащены цифровым интерфейсом I²C, который используется как для чтения данных, так и для изменения конфигурации датчика. На шине I²C также доступен сигнал с датчика температуры.

 

Датчики Si7210 выпускаются только в 5-выводном корпусе. Помимо линии питания, земли и двух линий шины I²C эти микросхемы дополнительную линию. Дополнительный вывод может использоваться как аналоговый выход или как цифровой выход, который можно использовать как сигнал прерывания для управляющего микроконтроллера.

 

 

Настройка датчика Si7210 по интерфейсу I²C позволяет

  • изменять границы диапазона измерений
  • изменять режим работы и состояние дополнительного выхода
  • настраивать длительность режима сна (позволяет снизить энергопотребление до 50 нА в зависимости от температуры)
  • настраивать порог срабатывания блока контроля вмешательства (tamper detection)
  • включать цифровой фильтр для подавления шумов на выходе, выбирать тип фильтра (FIR или IIR) и размер выборки (от 2 до 212)
  • настраивать частоту измерений 
  • настраивать параметры схемы температурной компенсации
  • включать встроенную на чип катушку, которая создаёт магнитное поле достаточной силы для выполнения калибровки (self-test) датчика * 

* Калибровочные параметры могут быть запрограммированы во встроенную энергонезависимую память датчика

 

Документация на серию доступна на сайте производителя.

 

Тип датчика Количество выводов Выходной сигнал Частота измерений Индукция срабатывания Bop,
индукция отпускания, Brp 
Основной выход Дополнительный выход
Режим работы Доп. выход в режимах 2, 3, 4
Si7210-00 5 I²C

Режим выбирается через I²C:

  1. Аналоговый выход
  2. Биполярная защелка с гистерезисом
  3. Униполярный пороговый с гистерезисом 
  4. Омниполярный пороговый с гистерезисом
выход Push-pull Настраивается через I²C Bop = ±1.1 мТ (max)
Brp = ±0.2 мТ (min)
| Bop - Brp | = 0.4 (typ)
Si7210-01 выход открытый коллектор
Si7210-02 выход Push-pull
Si7210-03
Si7210-04
Si7210-05

 

 

Тип датчика Дополнительные функции Напряжение питания

Потребляемый ток

Рабочий диапазон температур
Блок tamper detection Схема температурной компенсации Встроенный датчик температуры Поддержка автокалибровки Цифровой фильтр Режим
измерений
Режим
сна
Si7210-00 да, порог настраивается через I²C да да, доступен на I²C
Точность ±1.0 °C
да да (FIR или IIR)
Тип и выборка настраивается через I²C
1.7 - 5.5 В 5.0 мА
@
3.3 В
от 50 нА -40 .. 125 °C
Si7210-01
Si7210-02 да, доступен на I²C
Точность ±4.0 °C
Si7210-03 нет
Si7210-04
Si7210-05

 

 

СХЕМА ФОРМИРОВАНИЯ АРТИКУЛА

Полный артикул датчика кодируется следующим образом:

Тип датчика (см. таблицы выше)
  Ревизия микросхемы:
• AB и т.д.
    Тип датчика (см. таблицы выше)
      Рабочий диапазон температур:
• -  от -40 до +125°C
• -  от 0 до +70°C
        Корпус:
• - TO92
• - DFN8
• - SOT23
          Упаковка:
• - стандартная
• - лента
Si7210 -B- 00 -I V -R

 

Так, например, датчик типа Si7210-00 в корпусе SOT23 и с рабочим диапазоном температур -40 до +125°C будет иметь код для заказа Si7210-B-00-IV-R.

 

 

СРЕДСТВА ОТЛАДКИ

Для знакомства с датчиками Холла серии Si72xx и для разработки приложений на базе этих датчиков предлагается набор Si72xx-WD-Kit.

В набор входят следующие компоненты:

  • Отладочная плата для микроконтроллеров EFM32 Happy Gecko с предустановленными демо-программами
  • Плата-расширение Wheel Demo EXP board, на которой установлено колесо прокрутки и два датчика Холла под углом 90 градусов друг к другу
  • 6 дочерних плат с датчиками Si72xx разных типов
  • 2 магнита
  • USB-кабель
  • кабели для подключения дочерних плат

 

наличие на складе