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作者：Wade Bussing，
Allegro MicroSystems, LLC
摘要
隨著人機(jī)界面設(shè)備的普及，人們?cè)絹?lái)越需要低成本、低功耗和外形緊湊的強(qiáng)大的非接觸式感測(cè)解決方案。小型 DFN10 封裝中的 Allegro ALS31300 3D 霍爾效應(yīng)傳感器 IC 非常適合觸發(fā)器、按鈕、旋轉(zhuǎn)、操縱桿和 2D 滑塊操縱桿應(yīng)用。高度可配置的電源管理選項(xiàng)，包括低功耗占空比模式、睡眠模式和操作喚醒，使 ALS31300 適用于電池供電的應(yīng)用，如無(wú)人機(jī)、相機(jī)平衡架，以及控制臺(tái)和移動(dòng)游戲控制器。本應(yīng)用說(shuō)明探討了 Allegro MicroSystems 發(fā)售的、帶 I2C 輸出的 ALS31300 3D 線性霍爾效應(yīng)傳感器上獨(dú)特而先進(jìn)的低功率模式。
簡(jiǎn)介
ALS31300 是來(lái)自 Allegro MicroSystems 的 3D 線性霍爾效應(yīng)傳感器 IC。感測(cè)三個(gè)軸的磁場(chǎng)的能力使 ALS31300 高度通用，可利用來(lái)自兩個(gè)軸的磁力數(shù)據(jù)感測(cè)任何軸運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本應(yīng)用說(shuō)明將向用戶解釋專門針對(duì)特定應(yīng)用需求的應(yīng)用例子和設(shè)備配置。
ALS31300 傳感器可以在 2.65 到 3.5 V 的供應(yīng)電壓下工作，功率管理可配置性高，可讓效率最大化。ALS31300 的可用功率模式和典型供電電流如表 1 所列。
表 1：ALS31300 功率模式
| 工作模式 | 模式描述 | 電源電流
（典型） |
| 活躍模式 | 設(shè)備持續(xù)更新磁性和溫度數(shù)據(jù)。
供應(yīng)電流恒定。
| ICC（活躍）≈
3.4 mA |
| 休眠模式 | 設(shè)備處于接近斷電的模式。
無(wú)
磁性或溫度
數(shù)據(jù)更新。供應(yīng)電流恒定。
| ICC(SLEEP)
≈ 14 nA |
低功率工作
周期模式
(LPDCM) | 設(shè)備在
完全活躍和不活躍
狀態(tài)之間切換。設(shè)備定期喚醒，以更新磁性和溫度數(shù)據(jù)。
| ICC（活躍）
≈ 3.4 mA
ICC（不活躍）
≈ 12 μA |
ALS31300 的工作模式由休眠字段的值確定：地址 0x27，位 1:0。這些位可以隨時(shí)訪問(wèn)，表 2 中亦有說(shuō)明。
表 2：休眠寄存器
| 地址 | 位 | 值 | 工作模式 |
| 0x27 | 1:0 | 0 | 活躍模式 |
| 1 | 休眠模式 |
| 2 | 低功率工作周期模式
(LPDCM) |
休眠模式
在休眠模式中，ALS31300 處于接近斷電的狀態(tài)，僅消耗極少量的電流（一般為 14 nA）。在這個(gè)模式下，設(shè)備仍然會(huì)響應(yīng) I2C 命令，但不會(huì)更新磁力或溫度數(shù)據(jù)。在不能禁用供電電壓但需要少量電力消耗的情況下，休眠模式非常有用。退出休眠模式的時(shí)間相當(dāng)于通電延遲時(shí)間 (tPOD)。
低功率工作周期模式 (LPDCM)
在低功率工作周期模式 (LPDCM) 下，ALS31300 在活躍和不活躍狀態(tài)間切換，減少整體電流消耗。ALS31300 在低功率工作循環(huán)模式中的平均 ICC 取決于所使用的設(shè)置，可能在 12 μA 到 2 mA（典型）之間。
圖 1 中的圖解顯示了在低功率工作周期模式下，ALS31300 在活躍和不活躍狀態(tài)間切換時(shí)的 ICC 簡(jiǎn)況。
時(shí)長(zhǎng) tINACTIVE 由字段低功率模式最大次數(shù)決定：地址 0x27，位 6:4。ALS31300 為 tINACTIVE 提供八個(gè)離散的時(shí)間幀。tINACTIVE 的典型值在表 3 中列出。tINACTIVE 期間的典型 ICC ≈ 12 μA。
表 3：LPDCM 不活躍時(shí)間 (tINACTVE)
| 地址 | 位 | 值 | tINACTIVE (typ) (ms) |
| 0x27 | 6:4 | 0 | 0.5 |
| 1 | 1 |
| 2 | 5 |
| 3 | 10 |
| 4 | 50 |
| 5 | 100 |
| 6 | 500 |
| 7 | 1000 |
圖 1 中顯示的 tACTIVE 時(shí)間長(zhǎng)度取決于兩個(gè)設(shè)定：BW Select 和活躍信道的數(shù)量。
ALS31300 的磁性感測(cè)信道通過(guò)寫入“1”到 信道 x en、信道 y en 和信道 z en 位而獨(dú)立啟用，如表 4 中所列。
表 4：信道啟用控件
| 地址 | 位 | 值 | 描述 |
| 0x02 | 8 | 1 | 啟用 Z 傳感信道 |
| 7 | 1 | 啟用 Y 傳感信道 |
| 6 | 1 | 啟用 X 傳感信道 |
BW Select 控制應(yīng)用于樣本磁性數(shù)據(jù)的篩選量。BW Select 和對(duì)應(yīng)更新比率（典型）的值在表 5 中列出。
表 5：BW Select 和更新比率
BW
選擇
值
| 1 信道
更新率 | 2 信道
更新率 | 3 信道
更新率 | –3 dB
帶寬 |
μs
| kHz | μs | kHz | μs | kHz | kHz |
| 0 | 160 | 6 | 330 | 3 | 495 | 2 | 3.5 |
| 1 | 80 | 13 | 170 | 6 | 255 | 4 | 7 |
| 2 | 40 | 25 | 90 | 11 | 135 | 7 | 14 |
| 3 | – | – | – | – | – | – | – |
| 4 | 64 | 16 | 138 | 7 | 207 | 5 | 10 |
| 5 | 32 | 31 | 74 | 14 | 111 | 9 | 20 |
| 6 | 16 | 63 | 42 | 24 | 63 | 16 | 40 |
| 7 | – | – | – | – | – | – | – |
每個(gè) BW Select 值得出的噪音表現(xiàn)在表 6 中列出。
表 6：BW Select ，篩選模式和得出的噪音表現(xiàn)（與輸入端有關(guān)）
BW Select 值
| FIR 已啟用 | Z 信道
噪音 (G) | X/Y 信道
噪音 (G) |
| 0 | 1 | 1.5 | 4 |
| 1 | 1 | 2 | 5 |
| 2 | 1 | 2.2 | 7 |
| 3 | – | – | – |
| 4 | 0 | 2 | 6 |
| 5 | 0 | 2.5 | 8 |
| 6 | 0 | 3.5 | 10 |
| 7 | – | – | – |
配置低功率工作周期模式
本章節(jié)將說(shuō)明如何根據(jù)若干頂級(jí)系統(tǒng)要求配置低功率工作周期模式 (LPDCM)。在為 ALS31300 配置低功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用戶應(yīng)考慮具體應(yīng)用的目標(biāo)。本章節(jié)中的截屏來(lái)自 Allegro 軟件門戶上提供的 ALS31300 演示軟件。
LPDCM 例子
假設(shè) ALS31300 用在一個(gè)大約每 500 μs 就需要 X 和 Y 兩個(gè)信道的新全分辨率磁性數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中。
首先，在 EEPROM 選項(xiàng)卡下啟用 X 和 Y 磁信道，禁用 Z 信道。帶寬選擇值設(shè)置為代碼“0”，以實(shí)現(xiàn)滿量程分辨率。請(qǐng)參閱圖 2 中的截屏。注：出廠時(shí)，Allegro 會(huì)啟用所有信道。
接下來(lái)，設(shè)置 LPM Count Max 的值，這個(gè)值控制 tINACTIVE 的時(shí)間長(zhǎng)度。重新參考表 3，tINACTIVE ≈ 500 μs 的對(duì)應(yīng)代碼是代碼“0”。設(shè)置 LPM Count Max 后，將休眠字段設(shè)為“2”即可使設(shè)備進(jìn)入 LPDCM。這些可變?cè)O(shè)定在圖 3 的截屏中顯示。
得出的 ICC 概況文件在圖 4 的范圍圖中顯示。不活躍時(shí)間 (tINACTIVE)、活躍時(shí)間 (tACTIVE)、ICC(ACTIVE) 和 ICC(INACTIVE) 等主要參數(shù)均已突出顯示。
請(qǐng)注意，即使 ALS31300 返回不活躍狀態(tài)，I2C 命令也仍然會(huì)得到處理。這是因?yàn)?I2C 時(shí)鐘 (SCLK) 在不同于主系統(tǒng)時(shí)鐘的獨(dú)立網(wǎng)域中處理。
在圖 4 中，ICC 是使用示波器的不同探針（圖 5）在 VCC 串聯(lián)電阻器上測(cè)量電壓而觀測(cè)的。
估算 ICC 消耗
平均電流消耗可以根據(jù)圖 4 中的范圍圖和 tACTIVE、tINACTIVE、ICC（活躍）和 ICC（不活躍）典型值估算。請(qǐng)記住，時(shí)間長(zhǎng)度 tACTIVE
是 BW Select 設(shè)置和活躍信道的合并結(jié)果。
本例子中每個(gè)參數(shù)的典型值在表 7 中概括。
表 7：主要 LPDCM 參數(shù)的典型值
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| 參數(shù)名稱 | 典型值 | 單位 |
| tINACTIVE | 500 |
