Un sensore ad effetto Hall è un trasduttore che varia la sua tensione di uscita in risposta ad un campo magnetico. I dispositivi ad effetto Hall sono utilizzati come sensori di prossimità, posizionamento, rilevamento della velocità e della corrente. A differenza di un interruttore meccanico, è una soluzione di lunga durata in quanto non sussistono problemi di usura meccanica. Attualmente, con l'ampia varietà di soluzioni tecniche disponibili per il calcolo della posizione, velocità e current sensing, i progettisti possono scegliere varie soluzioni per raggiungere i loro obiettivi. Restano sempre gli stessi elementi di criticità che devono essere considerati, come il costo, la risoluzione, precisione, affidabilità e time-to-market che inevitabilmente hanno un fattore importante nei requisiti dell'applicazione con la tecnologia di rilevamento appropriata. Tra le possibili soluzioni, la tecnologia ad effetto Hall, con il suo rilevamento magnetico senza contatto, fornisce un valore eccezionale come dimostrato dalle numerose applicazioni commerciali. L'obiettivo di questo articolo è quello di analizzare la tecnologia con le principali applicazioni commerciali nel settore elettrodomestico ed automotive.

1.    Introduzione

L'effetto Hall fa riferimento alla tensione misurabile attraverso un conduttore (o semiconduttore), quando una corrente elettrica che vi scorre è influenzata da un campo magnetico. In queste condizioni una tensione trasversale viene generata perpendicolarmente alla corrente applicata, a causa del bilanciamento della forza di Lorentz e quella elettrica. Questa tecnologia di rilevamento sta trovando spazio in molte soluzioni, in particolare nell’ambito degli elettrodomestici moderni e applicazioni automotive. L'implementazione di sensori Hall migliora l'affidabilità e la durata nel tempo, eliminando l’usura meccanica delle movimentazioni. Le piccole dimensioni del package integrato riducono lo spazio del sistema e la relativa complessità meccanica di attuazione.  La progettazione di qualsiasi dispositivo di rilevamento ad effetto Hall richiede un sistema magnetico in grado di rispondere al parametro fisico rilevato attraverso un'interfaccia di ingresso che può essere di tipo meccanica o elettrica. Il sensore ad effetto Hall rileva il campo magnetico e produce un segnale analogico o digitale opportunamente convertito in uno standard secondo i requisiti del sistema elettronico.
 L'obiettivo della fase di progettazione è definire ciascuno dei quattro blocchi che compongono il dispositivo di rilevamento in Figura 1. Quindi, determinare tutti i componenti e le specifiche di montaggio, di interfacciamento e interconnessione con il sistema.
 La maggior parte dei dispositivi di rilevamento hanno il sistema magnetico già progettato e integrato con il chip sensore.

Figura 1: Layout di un dispositivo di rilevamento ad effetto hall

2.    Effetto Hall

Il campo magnetico ha la capacità di influire le cariche in movimento che fluiscono all’interno di un conduttore (o semiconduttore). Un risultato è l'effetto Hall, che ha importanti implicazioni e applicazioni.

Figura 2: Schema dell'effetto Hall. Un semiconduttore di tipo n con una corrente I applicata  e un campo magnetico B perpendicolare alla superficie. La differenza di potenziale VH generata  è noto come effetto Hall.

La Figura 2 mostra cosa accade alle cariche in movimento attraverso un semiconduttore in un campo magnetico. Gli elettroni (q) in movimento subiscono una forza magnetica verso un lato del conduttore, lasciando una carica positiva netta sull'altro lato. Questa separazione di carica crea una tensione, nota come la fem Hall. La creazione di una tensione (V_H) attraverso un conduttore percorso da corrente e sottoposto ad un campo magnetico, è noto come effetto Hall, in onore al fisico americano Edwin Hall che lo scoprì nel 1879. Una corrente elettrica viene fatta passare attraverso il blocco semiconduttore mentre un campo magnetico B viene applicato perpendicolarlmente sia alla superficie che alla corrente elettrica come illustrato nella Figura 2. La tensione di Hall (V_H)  è perpendicolare alla direzione del flusso di corrente. La forza che agisce sui portatori di carica in movimento in un campo magnetico è la forza [...]

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