干簧传感器与霍尔效应传感器

简介

霍尔效应传感器自问世数年以来，始终吸引着设计工程师的关注。业界普遍认为，采用固态技术具有更高可靠性，尤其是在与机电设备比较优势时更为明显。然而，在将干簧传感器技术与霍尔效应技术进行比较时，我们发现了干簧传感器若干极具价值的独特优势。

首先，我们需要详细了解一下干簧传感器技术。干簧传感器的关键部件是干簧开关，由西部电气公司在 20 世纪 30 年代发明。另一个主要部件是用于控制干簧开关通断的磁铁或电磁铁。在过去七十多年里，干簧开关经历了多次技术改进，其更可靠性质量得到提高，成本也有所降低。正是这些突破性进步，使干簧开关在质量、可靠性与安全性至关重要的关键应用中，成为工程师的设计首选。

最能体现干簧开关卓越品质与可靠性的应用，或许当属自动测试设备领域——该领域已完全采用这项技术。

干簧开关被应用于干簧继电器，在集成电路、专用集成电路、晶圆测试以及功能性印刷电路板测试的各种测试配置中进行切换。在这些应用中，单个系统可能使用多达20,000个干簧继电器。此时，一个继电器的故障就意味着50ppm的故障率。因此，为满足这一要求，干簧继电器的质量水平必须远优于50ppm。此前，机电设备能达到如此质量水平是闻所未闻的，许多半导体器件同样难以企及。通过初始运行质量测试后，干簧继电器还需在整个寿命周期内保持稳定性能。实践已证明，其长期可靠性优于所有其他开关器件。由于自动测试设备在许多情况下需要7×24小时不间断运行以充分利用其高额资本投入，干簧继电器在其生命周期内可能需要完成数亿次操作。

另一项备受青睐的应用是安全气囊传感器——在涉及生命安全的关键应用中，干簧传感器已通过时间的长期考验。目前干簧传感器不仅广泛应用于汽车关键安全设备（如制动液位检测等），还深入诸多医疗领域：包括除颤器、电灼设备、心脏起搏器以及需要隔离微小漏电流的医疗电子设备。

两种技术都在向微型化发展。不过，比较干簧传感器与霍尔效应传感器时，我们能发现两种磁传感技术各自的优势：

成本效益高

尽管霍尔效应器件的成本通常较低，但其工作需要电源及电路支持，且输出信号微弱常需额外放大电路。综合来看，霍尔效应传感器的实际成本可能远高于干簧传感器。

高隔离度

干簧开关从具有卓越的输入-输出间及开关内部的绝缘性能，其绝缘电阻高达10¹⁵欧姆，能将漏电流降低至飞安级（10¹⁵安培）的水平。另一方面，而霍尔效应器件的漏电流处于亚微安级。对于植入人体的医疗电子设备（如侵入式探头或心脏起搏器），必须确保心脏附近不存在任何漏电流——即使微安或亚微安级电流也可能干扰心脏的关键电生理活动。

密封

干簧开关是密封的，因此几乎可以在任何环境下工作。

低接触电阻

磁簧的接触电阻非常低，通常低至 50 毫欧，而霍尔效应的接触电阻可达数百欧。

开关电源

干簧开关可直接切换从纳伏到千伏、从毫微安到安培、从直流到 6 GHz 的各种负载，而霍尔效应器件的输出范围有限。

高磁灵敏度

干簧传感器的磁灵敏度范围很大。

易于安装

干簧传感器不易受静电放电的影响，静电放电往往会严重损坏霍尔效应器件。

高电压

干簧传感器能够承受更高的电压（微型产品的额定电压高达 1000 伏）。霍尔效应装置需要外部电路才能承受高达 100 伏特的额定电压。

高载流

干簧开关能够切换各种负载，而霍尔效应传感器只能提供较小的电压和电流。

抗冲击性强

干簧传感器通常能经受三英尺高的跌落测试，这与霍尔效应传感器相当。

使用寿命长

由于干簧传感器没有易损件，因此在低电平负载（<5V @ 10 mA 及以下）情况下，也能有效运行数亿次。这与半导体的平均无故障时间不相上下。

宽温度范围

干簧传感器不受热环境影响，通常可在-50°C至+150°C温度范围内稳定工作，且无需任何特殊附加措施、结构改造或额外成本。而霍尔效应传感器的工作温度范围则相对有限。

无需外接电源

干簧产品拥有众多优质应用场景。在特定应用中选择恰当的干簧器件往往至关重要。部分干簧开关/继电器制造商擅长在质量、可靠性与安全性要求极高的关键应用中提供专业设计支持。