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作者：Wade Bussing，
Allegro MicroSystems, LLC
摘要
隨著人機界面設備的普及，人們越來越需要低成本、低功耗和外形緊湊的強大的非接觸式感測解決方案。小型 DFN10 封裝中的 Allegro ALS31300 3D 霍爾效應傳感器 IC 非常適合觸發(fā)器、按鈕、旋轉、操縱桿和 2D 滑塊操縱桿應用。高度可配置的電源管理選項，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用，如無人機、相機平衡架，以及控制臺和移動游戲控制器。本應用說明探討了 Allegro MicroSystems 發(fā)售的、帶 I2C 輸出的 ALS31300 3D 線性霍爾效應傳感器上獨特而先進的低功率模式。
簡介
ALS31300 是來自 Allegro MicroSystems 的 3D 線性霍爾效應傳感器 IC。感測三個軸的磁場的能力使 ALS31300 高度通用，可利用來自兩個軸的磁力數(shù)據(jù)感測任何軸運動或旋轉運動。本應用說明將向用戶解釋專門針對特定應用需求的應用例子和設備配置。
ALS31300 傳感器可以在 2.65 到 3.5 V 的供應電壓下工作，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 | 設備持續(xù)更新磁性和溫度數(shù)據(jù)。
供應電流恒定。
| ICC（活躍）≈
3.4 mA |
| 休眠模式 | 設備處于接近斷電的模式。
無
磁性或溫度
數(shù)據(jù)更新。供應電流恒定。
| ICC(SLEEP)
≈ 14 nA |
低功率工作
周期模式
(LPDCM) | 設備在
完全活躍和不活躍
狀態(tài)之間切換。設備定期喚醒，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。這些位可以隨時訪問，表 2 中亦有說明。
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）。在這個模式下，設備仍然會響應 I2C 命令，但不會更新磁力或溫度數(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。退出休眠模式的時間相當于通電延遲時間 (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)間切換時的 ICC 簡況。
時長 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 提供八個離散的時間幀。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 時間長度取決于兩個設定：BW Select 和活躍信道的數(shù)量。
ALS31300 的磁性感測信道通過寫入“1”到 信道 x en、信道 y en 和信道 z en 位而獨立啟用，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 控制應用于樣本磁性數(shù)據(jù)的篩選量。BW Select 和對應更新比率（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 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）
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)將說明如何根據(jù)若干頂級系統(tǒng)要求配置低功率工作周期模式 (LPDCM)。在為 ALS31300 配置低功率運轉時，用戶應考慮具體應用的目標。本章節(jié)中的截屏來自 Allegro 軟件門戶上提供的 ALS31300 演示軟件。
LPDCM 例子
假設 ALS31300 用在一個大約每 500 μs 就需要 X 和 Y 兩個信道的新全分辨率磁性數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中。
首先，在 EEPROM 選項卡下啟用 X 和 Y 磁信道，禁用 Z 信道。帶寬選擇值設置為代碼“0”，以實現(xiàn)滿量程分辨率。請參閱圖 2 中的截屏。注：出廠時，Allegro 會啟用所有信道。
接下來，設置 LPM Count Max 的值，這個值控制 tINACTIVE 的時間長度。重新參考表 3，tINACTIVE ≈ 500 μs 的對應代碼是代碼“0”。設置 LPM Count Max 后，將休眠字段設為“2”即可使設備進入 LPDCM。這些可變設定在圖 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。不活躍時間 (tINACTIVE)、活躍時間 (tACTIVE)、ICC(ACTIVE) 和 ICC(INACTIVE) 等主要參數(shù)均已突出顯示。
請注意，即使 ALS31300 返回不活躍狀態(tài)，I2C 命令也仍然會得到處理。這是因為 I2C 時鐘 (SCLK) 在不同于主系統(tǒng)時鐘的獨立網(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)電阻器上測量電壓而觀測的。
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。請記住，時間長度 tACTIVE
是 BW Select 設置和活躍信道的合并結果。
本例子中每個參數(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 |
