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홀 센서

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목차

1. 개요

홀 센서는 자기장의 변화를 감지하여 전기적 신호로 변환하는 반도체 소자이다. 얇은 금속 스트립에 전류를 흘려 자기장의 영향을 받는 전압 변화(홀 효과)를 측정하는 원리를 이용한다. 홀 센서는 정적 자기장과 변화하는 자기장 모두에 반응하며, 증폭 회로를 통해 신호를 증폭하여 사용한다.

홀 센서는 선형, 홀 스위치 형태로 나뉘며, 스위치 타입은 극성 감지 방식에 따라 여러 종류가 있다. 또한 방향성, 고체 상태, 대역폭, 외부 자기장에 대한 민감도 등의 특징을 가진다.

홀 센서는 속도, 유량, 전류, 위치 등을 감지하는 다양한 센서에 활용되며, 자동차의 점화 시기 조절, ABS, 브러시리스 모터 제어 등에 사용된다. 비접촉식 위치 감지, 자기 엔코더, 컴퓨터 키보드, 게임 컨트롤러 등에도 널리 사용되며, 산업 분야에서는 유압 밸브 제어에도 적용된다.

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홀 센서
개요
홀 효과 센서 애니메이션
홀 효과 센서 작동 애니메이션
정의자장의 세기를 측정하는 장치
작동 원리홀 효과
종류
선형 홀 효과 센서자장의 세기에 비례하는 전압을 출력
디지털 홀 효과 센서특정 자장 세기 이상에서 켜짐/꺼짐 신호를 출력
홀 효과 전류 센서전류가 만드는 자장을 측정하여 전류의 양을 측정
응용 분야
자동차 산업바퀴 속도 감지
크랭크축/캠축 위치 감지
전류 감지
산업 자동화위치 감지
근접 감지
전류 감지
가전 제품전류 감지
위치 감지
의료 기기위치 감지
장점
비접촉 측정마모가 적고 수명이 김
높은 신뢰성외부 환경에 덜 민감함
작은 크기다양한 장치에 통합 용이
빠른 응답 속도실시간 측정 가능
단점
온도에 민감함온도 변화에 따라 출력값 변동
외부 자장에 민감함외부 자장의 영향으로 측정 오차 발생 가능
오프셋 전압자장이 없을 때도 출력 전압이 나타날 수 있음

2. 원리

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홀 센서는 홀 효과를 이용하여 자기장을 측정한다. 홀 효과는 전류가 흐르는 도체나 반도체에 수직으로 자기장이 가해질 때, 전하 운반체가 로렌츠 힘을 받아 경로가 휘면서 전위차(홀 전압)가 발생하는 현상이다.

홀 센서에서는 얇은 금속 스트립(홀 요소 변환기)에 고정된 DC 바이어스 전류를 흘려준다.[4] 이때, 자기장이 수직으로 가해지면 전하 운반체가 로렌츠 힘을 받아 한쪽으로 쏠리고, 홀 요소 반대편 감지 전극에서 ''다른'' 축을 따라 전극 축을 가로지르는 전기 전위(전압) 차이, 즉 홀 전압을 측정한다. 홀 전압은 전류 축과 감지 전극 축 ''모두''에 수직인 자기장의 축 방향 성분에 비례한다.[5]

홀 효과 센서는 정적 자기장과 변화하는 자기장 모두에 반응하는 반면, 유도형 센서는 자기장의 변화에만 반응한다.

2. 1. 홀 효과

홀 센서는 홀 효과를 이용하여 자기장을 측정하는 센서이다. 홀 효과는 전류가 흐르는 도체나 반도체에 수직 방향으로 자기장이 가해질 때, 전하 운반체(전자 또는 정공)가 로렌츠 힘을 받아 경로가 휘면서 발생하는 현상이다. 이로 인해 도체의 양 측면에 전위차(홀 전압)가 발생한다.[5] 홀 전압은 자기장의 세기와 전류의 세기에 비례하며, 전하 운반체의 종류와 밀도에 따라 달라진다.

홀 센서의 작동 원리는 다음과 같다. 얇은 금속 스트립(홀 요소 변환기)에 고정된 DC 바이어스 전류를 흘려준다.[4] 이때, 자기장이 수직 방향으로 가해지면 전하 운반체가 로렌츠 힘을 받아 한쪽으로 쏠리게 된다. 이로 인해 홀 요소의 양 측면에 전위차가 발생하며, 이 전위차(홀 전압)를 측정하여 자기장의 세기를 알 수 있다.

홀 효과 센서는 정적 자기장과 변화하는 자기장 모두에 반응한다. 반면, 유도형 센서는 자기장의 변화에만 반응한다.

홀 소자는 반도체를 이용한 대표적인 자기 센서로, 홀 효과를 통해 주변 자기장에 대응하는 전기 신호를 출력한다.[38] 초기 홀 소자는 출력이 작아 연산 증폭기 등의 증폭기가 필요했지만,[38] 최근에는 홀 소자와 연산 증폭기를 함께 내장한 홀 IC가 주로 사용된다.[38]

홀 IC는 출력 신호의 형태에 따라 크게 세 가지 유형으로 분류된다.

  • 리니어 출력 타입: 자기장의 세기에 따라 연속적으로 변화하는 신호를 출력한다.
  • 스위치 타입: 자기장의 유무에 따라 High 또는 Low 신호를 출력한다.
  • 래치 타입: 자기장이 인가되면 High 또는 Low 신호로 전환된 후, 자기장이 제거되어도 그 상태를 유지한다.


홀 IC는 "홀 효과 래치(홀 래치)", "홀 효과 스위치(홀 스위치)"라고도 불린다.[40][41] 홀 IC의 출력은 오픈 콜렉터/오픈 드레인 형태인 경우가 많다.

2. 2. 증폭

홀 효과 장치는 매우 낮은 신호 레벨을 생성하므로 증폭이 필요하다. 20세기 전반기에 사용 가능했던 진공관 증폭기 기술은 너무 크고, 비싸고, 전력 소비가 많아 일상적인 홀 효과 센서 응용에는 적합하지 않았고 실험실 기기에 국한되었다.[4] 초기 세대 트랜지스터 기술조차 적합하지 않았다. 홀 효과 센서가 대량 응용에 적합하게 된 것은 저렴한 실리콘 칩 기반 집적 회로 (IC) 마이크로 기술이 개발되면서였다. 오늘날 홀 센서로 판매되는 장치에는 센서와 고이득 IC 증폭기가 단일 패키지로 들어 있다. 이러한 홀 센서 IC는 증폭기 외에도 안정적인 전압 조정기를 추가하여 광범위한 전원 전압에서 작동하고 자기장 성분에 비례하는 편리한 아날로그 신호 출력을 위해 홀 전압을 높일 수 있다.[4] 경우에 따라 선형 회로가 홀 센서의 오프셋 전압을 상쇄할 수 있다. 또한 구동 전류의 AC 변조는 이 오프셋 전압의 영향을 줄일 수 있다.

홀 소자는 반도체를 이용한 자기 센서의 대표적인 것으로, 홀 효과에 의해 주변의 자기장에 대응하는 전기 신호를 출력하는 소자이다.[38] 원시적인 홀 소자의 실제 출력은 미소하여, 실용을 위해서는 연산 증폭기 등의 증폭기가 필요로 한다.[38] 홀 소자와 연산 증폭기를 함께 내장한 것을 홀 IC라고 부른다.[38]

2. 3. 선형 홀 센서

선형 홀 센서는 인가된 자기장 강도에 비례하는 값을 출력하는 홀 센서이다. 출력 신호는 아날로그 전압, 펄스 폭 변조(PWM) 신호, 또는 디지털 통신(예: 버스 프로토콜)을 통해 전달될 수 있다. 홀 IC는 홀 소자와 증폭기를 함께 내장한 제품으로, 자속 밀도에 비례하는 전압을 출력하는 리니어 출력 타입과 High 또는 Low의 2값을 출력하는 스위칭 출력 타입으로 분류할 수 있다.[38] 리니어 타입은 아날로그 타입과 디지털 타입으로 나뉜다.[38]

2. 4. 홀 스위치

홀 소자는 아날로그 소자이지만, '홀 스위치' IC는 디지털 신호를 출력하는 전자 스위치를 형성하기 위해 임계값 검출 회로를 추가로 통합한다.[4] 출력은 다른 공급 전압을 사용하는 IC와 호환되도록 오픈 컬렉터 NPN 트랜지스터 (또는 오픈 드레인 n형 MOSFET)일 수 있다.[4] 홀 센서 신호 출력 와이어에서 전압이 생성되는 대신 출력 트랜지스터가 켜져 신호 출력 와이어를 통해 접지로의 회로를 제공한다.

슈미트 트리거 필터링을 적용(또는 IC에 통합)하여 센서 노이즈에 대해 강력한 깨끗한 디지털 출력을 제공할 수 있다. 스위칭에 대한 히스테리시스 임계값(B 및 B로 지정됨)은 디지털 홀 IC를 단극성 스위치,[9] 전방향 스위치,[10] 또는 쌍극성 스위치,[11]로 분류하며, 때로는 래치라고도 한다.[12]

홀 IC는 크게 리니어 출력 타입과 스위칭 출력 타입으로 나눌 수 있다. 스위칭 출력 타입은 다시 래치와 스위치로 나뉜다.[39] 스위칭 출력의 홀 IC에는 몇 가지 동작 방식이 있다.

  • (a) 교번 검지 (바이폴라): 자극의 극성(N, S)의 반전을 검지하며, 출력도 반전한다. 자석이 멀어진 후에도 마지막으로 접근했던 자극의 극성 검출이 유지된다. 래치 동작이라고도 불린다. 브러시리스 모터의 극 검지에는 이 타입의 소자가 많이 사용된다.
  • (b) 단극 검지 (유니폴라): N극 또는 S극 중 어느 한쪽의 자극에 대해서만 그 접근을 검출한다.
  • (c) 양극 검지 (옴니폴라): N, S 자극의 양쪽에 대해 접근을 검출한다.
  • (d) 양극의 전환을 검지하는 형태: ZCL® (제로 크로싱 래치) 검지 등으로 불린다.[38]

3. 특징

홀 센서는 다음과 같은 특징을 갖는다.


  • 방향성: 홀 소자는 자기장 벡터의 감지 축 성분만 측정하며, 이 성분은 양수 또는 음수가 될 수 있다. 일부 홀 센서는 크기 외에 방향도 감지할 수 있다. 2차원 방향을 결정하려면 수직 방향으로 배치된 홀 소자(듀얼 홀 센서 IC)를 통합해야 하며, 3차원 성분을 감지하려면 추가적인 수직 방향 홀 소자가 필요하다.[15]
  • 고체 상태: 홀 센서 IC는 고체 전자 장치이므로 기계적 마모에 취약하지 않다. 따라서 전위차계, 전기 기계식 리드 스위치[15], 릴레이 등 다른 기계식 스위치 및 센서보다 훨씬 빠른 속도로 작동하며, 기계적 고장으로 인한 수명 제한이 없다. 그러나 홀 센서는 환경 조건 변화에 따른 열적 드리프트와 센서 수명 동안의 시간적 드리프트에 취약할 수 있다.[16]


(적절하게 포장된 경우) 홀 효과 장치는 먼지, 오물, 진흙 및 물에 강하다. 이러한 특성 덕분에 홀 효과 장치는 광학 및 전기 기계식 감지와 같은 다른 방식보다 위치 감지에 더 적합하다.

  • 대역폭: 실용적인 홀 센서의 대역폭은 수백 킬로헤르츠로 제한되며, 상업용 실리콘 홀 센서는 일반적으로 10-100 kHz로 제한된다.[17] 2016년 기준으로, 시판되는 가장 빠른 홀 센서는 1 MHz의 대역폭을 갖지만 비표준 반도체를 사용한다.[17]
  • 외부 자기장에 대한 민감성: 주변 자기장은 홀 프로브가 감지하려는 자기장을 감소시키거나 증가시켜 측정 결과의 정확성을 떨어뜨릴 수 있다.[18] 홀 센서는 지구 자기장을 포함한 유해 자기장을 쉽게 감지할 수 있어 전자 나침반으로 유용하지만, 이러한 유해 자기장은 작은 자기장의 정확한 측정을 방해하기도 한다. 이 문제를 해결하기 위해 홀 센서에는 자기 차폐가 통합되기도 한다.[18]


단일 홀 소자는 외부 자기장의 영향을 받기 쉽지만, 두 개의 홀 소자를 차동으로 구성하면 차동 신호를 사용하여 공통 모드 전압 신호를 제거하는 방식과 유사하게 측정에서 외부 자기장(stray field)을 상쇄할 수 있다.[18]

3. 1. 방향성

홀 소자는 자기장 벡터의 감지 축 성분만 측정한다. 이 축 성분은 양수 또는 음수가 될 수 있으므로, 일부 홀 센서는 크기 외에도 축 성분의 이진 방향을 감지할 수 있다. 2차원 방향을 결정하려면 추가로 수직 방향으로 배치된 홀 소자(듀얼 홀 센서 IC)를 통합해야 하며, 자기장 벡터의 전체 3차원 성분을 감지하려면 또 다른 수직 방향 홀 소자를 추가해야 한다.

3. 2. 고체 상태

홀 센서 IC는 고체 전자 장치이므로 기계적 마모에 취약하지 않다. 따라서 전위차계, 전기 기계식 리드 스위치[15], 릴레이 등 다른 기계식 스위치 및 센서보다 훨씬 빠른 속도로 작동할 수 있으며, 기계적 고장으로 인한 수명 제한이 없다. 그러나 홀 센서는 환경 조건 변화에 따른 열적 드리프트와 센서 수명 동안의 시간적 드리프트에 취약할 수 있다.[16]

(적절하게 포장된 경우) 홀 효과 장치는 먼지, 오물, 진흙 및 물에 강하다. 이러한 특성 덕분에 홀 효과 장치는 광학 및 전기 기계식 감지와 같은 다른 방식보다 위치 감지에 더 적합하다.

3. 3. 대역폭

실용적인 홀 센서의 대역폭은 수백 킬로헤르츠로 제한되며, 상업용 실리콘 홀 센서는 일반적으로 10-100 kHz로 제한된다.[17] 2016년 기준으로, 시판되는 가장 빠른 홀 센서는 1 MHz의 대역폭을 갖지만 비표준 반도체를 사용한다.[17]

3. 4. 외부 자기장에 대한 민감성

주변 자기장은 홀 프로브가 감지하려는 자기장을 감소시키거나 증가시켜 측정 결과의 정확성을 떨어뜨릴 수 있다.[18] 홀 센서는 지구 자기장을 포함한 유해 자기장을 쉽게 감지할 수 있어 전자 나침반으로 유용하지만, 이러한 유해 자기장은 작은 자기장의 정확한 측정을 방해하기도 한다. 이 문제를 해결하기 위해 홀 센서에는 자기 차폐가 통합되기도 한다.[18]

단일 홀 소자는 외부 자기장의 영향을 받기 쉽지만, 두 개의 홀 소자를 차동으로 구성하면 차동 신호를 사용하여 공통 모드 전압 신호를 제거하는 방식과 유사하게 측정에서 외부 자기장(stray field)을 상쇄할 수 있다.[18]

4. 재료

다음은 홀 효과 센서에 특히 적합한 재료들이다.[19]


  • 비소 갈륨 (GaAs)
  • 비소 인듐 (InAs)
  • 인 인듐 (InP)
  • 안티몬 인듐 (InSb)
  • 그래핀

5. 종류

홀 IC는 홀 소자와 증폭기를 함께 내장한 제품으로, 자속 밀도에 비례하는 전압을 출력하는 리니어 출력 타입과 High 또는 Low의 2값을 출력하는 스위칭 출력 타입으로 분류할 수 있다.


  • 리니어 타입: 아날로그 타입과 디지털 타입으로 나뉜다.[38]
  • 스위칭 출력 타입: 래치와 스위치로 나뉜다.

5. 1. 스위칭 타입의 검지 방식

홀 소자는 아날로그 소자이지만, '홀 스위치' IC는 이진 디지털 신호를 출력하는 전자 스위치를 형성하기 위해 임계값 검출 회로를 추가로 통합하기도 한다. 스위칭 출력의 홀 IC에는 몇 가지 동작 방식이 있다.

  • 교번 검지(바이폴라 래치): 자극의 극성(N극과 S극) 반전을 검지하며, 출력도 반전한다. 자석이 멀어진 후에도 마지막으로 접근했던 자극의 극성 검출이 유지된다. 래치 동작이라고도 하며, 브러시리스 모터의 극 검지에 많이 사용된다.[38]
  • 단극 검지(유니폴라 스위치): N극 또는 S극 중 한쪽 자극의 접근만 검출한다.
  • 양극 검지(옴니폴라 스위치): N극과 S극 양쪽 모두의 접근을 검출한다.
  • ZCL®(제로 크로싱 래치) 검지: 양극의 전환을 검지하는 방식이다.[38]

6. 응용 분야

홀 효과 센서는 회전 속도 센서(자전거 바퀴, 기어 톱니, 자동차 속도계, 전자 점화 시스템), 유체 유량 센서, 전류 센서, 압력 센서 등 다양한 센서에 사용될 수 있다. 내연 기관 점화 타이밍, 회전 속도계, 안티록 브레이크 시스템과 같이 바퀴와 샤프트의 속도를 측정하는 데에도 주로 사용된다.

이 공압 실린더의 자기 피스톤(1)은 완전히 수축되거나 확장될 때 외부 벽에 장착된 홀 효과 센서(2 및 3)를 활성화시킨다.


홀 효과 센서가 있는 엔진 팬


일반적인 응용 분야는 기계식 스위치나 가변 저항기를 대체하여 강건성 있고 비접촉식으로 작동해야 하는 경우이다. 전기 에어소프트 건, 전자 공압식 페인트볼 마커의 트리거, 고 카트 속도 제어, 스마트폰, 일부 위성 항법 시스템 등이 그 예이다. 홀 센서가 바이너리 스위치로 사용되는 가장 일반적인 산업 응용 분야 중 하나는 위치 감지이다.

홀 효과 센서는 스마트폰 커버(작은 자석 포함)가 닫혀 있는지 감지하는 데 사용된다.[20] 또한 일부 컴퓨터 프린터에서는 용지 부족 및 덮개 열림을 감지하고, 3D 프린터에서는 필라멘트 두께를 측정하는 데 사용된다.

자동차 연료 레벨 표시기에도 홀 센서가 사용되어 연료 탱크 내 부유 요소의 위치를 감지한다.[21] 기계식 게이지에 부착된 홀 센서는 자화된 표시 바늘의 물리적 위치나 방향을 전자식 표시기, 제어 장치, 통신 장치 등에서 사용할 수 있는 전기 신호로 변환할 수 있다.[22]

6. 1. 센서

홀 효과 센서는 다양한 종류의 센서에 응용된다. 대표적인 예는 다음과 같다.

  • 회전 속도 센서: 자전거 바퀴, 기어 톱니, 자동차 속도계, 전자 점화 시스템 등에 사용된다. 특히 내연 기관 점화 타이밍, 회전 속도계, ABS와 같이 바퀴나 샤프트의 속도를 측정하는 데 주로 사용된다.
  • 유체 유량 센서: 유체의 흐름을 측정한다.
  • 전류 센서: 변류기에서 직류의 비접촉식 측정을 위해 활용된다. 홀 센서는 전류 도체 주변의 자기 코어 갭에 장착되어, DC 자기 선속을 측정하고 도체의 DC를 계산한다.[24]
  • 압력 센서: 압력 변화에 따른 자기장의 변화를 감지하여 압력을 측정한다.
  • 자기 센서: 자기 선속 누설의 원리를 이용하여 자기장을 측정하거나 재료(예: 튜빙 또는 파이프라인)를 검사하는 데 사용된다. 자기장/자속 밀도 측정, 가선 전류계(클램프형 전류계)에서의 전류 측정에 사용된다.
  • 비접촉식 위치 검출: 자기 엔코더, 휴대 전화나 컴퓨터의 개폐 검출, 조이스틱에서의 검출, 브러시리스 모터의 회전자 위치 검출 등에 사용된다.
  • 전력계: 부하에 공급되는 전류를 감지하고 장치의 인가된 전압을 센서 전압으로 사용하여 장치에서 소비되는 전력을 결정한다.


홀 효과 센서는 기계식 스위치나 가변 저항기에 대한 강건성 있고 비접촉식 대안이 필요한 경우에 유용하다. 예를 들어 전기 에어소프트 건, 전자 공압식 페인트볼 마커의 트리거, 고 카트 속도 제어, 스마트폰 및 일부 위성 항법 시스템에 사용된다.

6. 2. 위치 감지

홀 효과 소자는 모션 감지 및 모션 리미트 스위치에 사용되어 극한 환경에서 향상된 신뢰성을 제공한다.[22] 센서나 자석 내부에 움직이는 부품이 없으므로, 일반적인 기대 수명이 기존의 전기 기계식 스위치에 비해 향상된다. 또한 센서와 자석은 적절한 보호 재료로 캡슐화될 수 있다.

6. 3. 자동차

홀 센서는 내연 기관의 점화 타이밍, 회전 속도계 및 ABS과 같이 바퀴와 샤프트의 속도를 측정하는 데 사용된다.

점화 시기 조절에 흔히 사용되며, 홀 효과 센서는 이전 자동차 응용 분야에서 사용된 기계식 브레이커 포인트를 직접 대체하는 데 사용된다. 작동 방식은 다음과 같다. 고정 영구 자석과 반도체 홀 효과 칩이 서로 옆에 장착되어 간격을 두고 홀 효과 센서를 형성한다. 창 또는 탭으로 구성된 금속 로터가 샤프트에 장착되어 샤프트 회전 중에 창 또는 탭이 영구 자석과 반도체 홀 칩 사이의 간극을 통과하도록 배열된다. 이는 탭 또는 창이 홀 센서를 통과하는지 여부에 따라 홀 칩을 영구 자석의 필드에 효과적으로 가리고 노출시킨다. 점화 시기 조절을 위해 금속 로터는 엔진 실린더 수에 해당하는 여러 개의 동일한 크기의 창 또는 탭을 갖게 된다(1번 실린더 탭은 엔진 제어 장치에서 식별할 수 있도록 항상 고유함). 이는 차폐 및 노출 시간이 동일하기 때문에 구형파와 유사한 균일한 출력을 생성한다. 이 신호는 엔진 컴퓨터(ECU)에서 점화 시기를 제어하는 데 사용된다.

휠 회전 감지는 특히 ABS에서 유용하게 사용된다. 이러한 시스템의 원리는 미끄럼 방지 기능 이상으로 확장 및 개선되어, 현재는 차량의 조종성을 향상시키는 기능을 제공한다.

일부 유형의 브러시리스 직류 전동기는 홀 효과 센서를 사용하여 회전자의 위치를 감지하고 해당 정보를 모터 컨트롤러에 제공한다. 이를 통해 보다 정밀한 모터 제어가 가능하다. 3핀 또는 4핀 브러시리스 직류 전동기의 홀 센서는 회전자의 위치를 감지하여 올바른 시퀀스로 트랜지스터를 스위칭한다.[25]

6. 4. 기타

홀 효과 추력기 (HET)는 일부 우주선의 추진에 사용되는 장치이다. HET에서는 원자가 이온화되어 전기장에 의해 가속된다. 추력기 자석의 방사형 자기장은 전자를 가두는 데 사용되며, 전자는 궤도를 돌며 홀 효과로 인해 전기장을 생성한다. 중성 추진제가 공급되는 추력기 끝단과 전자가 생성되는 부분 사이에 큰 전위차가 설정되어, 자기장에 갇힌 전자는 낮은 전위로 떨어질 수 없게 된다. 이 전자는 매우 높은 에너지를 가지게 되어 중성 원자를 이온화할 수 있다. 중성 추진제는 챔버로 펌핑되어 갇힌 전자에 의해 이온화되고, 양이온과 전자는 준중성 플라스마 형태로 추력기에서 방출되어 추력을 생성한다. 생성되는 추력은 매우 작지만, 질량 유량은 매우 낮고 유효 배기 속도/비추력은 매우 높다. 이는 수백 밀리뉴턴의 추력을 위해 약 4kW의 매우 높은 전력을 필요로 한다.[4]

홀 센서 IC는 종종 디지털 전자 장치를 통합하여[26] 센서 특성(예: 온도 계수 보정)에 대한 고급 보정, 마이크로프로세서 시스템으로의 디지털 통신 전송, 입력 진단 인터페이스 제공, 과도 상태에 대한 오류 보호, 단락/개방 회로 감지 등을 수행할 수 있게 한다. 일부 홀 센서 IC는 DSP를 포함하여[1] 센서 패키지 내에서 더 많은 처리 기술을 직접 사용할 수 있게 한다.[27] 또한, 아날로그-디지털 변환기와 I2C(Inter-integrated circuit 통신 프로토콜) IC를 통합하여 마이크로컨트롤러의 I/O 포트에 직접 연결할 수 있다.[27] ESP32 마이크로컨트롤러는 마이크로컨트롤러의 내부 아날로그-디지털 변환기에서 읽을 수 있는 통합 홀 센서를 가지고 있지만, 작동하지는 않는다.[28]

일반적으로 홀 센서는 전원, 접지, 출력의 최소 3개의 리드선이 필요하지만, 2선식 IC는 전원 및 접지 핀만 사용하고 다른 전류 레벨을 사용하여 데이터를 통신한다. 여러 개의 2선식 IC는 단일 공급 라인에서 작동하여 배선을 더욱 줄일 수 있다.[29]

홀 효과 스위치는 1960년대 후반 허니웰의 에버렛 A. 보스만과 조셉 T. 모핀에 의해 컴퓨터 키보드용으로 개발되었다.[30] 높은 제조 비용으로 인해 이러한 키보드는 항공 우주 및 군사 분야와 같은 고신뢰성 응용 분야에 자주 사용되었으나, 대량 생산 비용이 감소하면서 소비자 모델도 출시되었다. 홀 효과 센서는 일부 고성능 게임용 컴퓨터 키보드 (예: 스틸시리즈, 우팅, 커세어 등)에서 찾아볼 수 있으며, 스위치 자체에 자석이 포함되어 있다.[31]

세가는 1990년대 세가 새턴 3D 컨트롤러[32]와 드림캐스트 기본 컨트롤러[33]에서 홀 효과 센서 사용을 개척했지만, 2020년대 초부터 소비자 게임 컨트롤러에 사용되기 시작하여 특히 아날로그 스틱 / 조이스틱 및 트리거 메커니즘에서 인기를 얻고 있다.[34] 이는 비접촉식, 고해상도, 낮은 대기 시간의 위치 및 움직임 측정을 제공하고 기계 부품이 없어 수명이 길기 때문에 향상된 경험을 제공한다.

홀 효과 감지의 응용 분야는 산업 분야로도 확장되어, 현재 홀 효과 조이스틱을 사용하여 유압 밸브를 제어하고, 기존의 기계식 레버를 비접촉식 감지로 대체하고 있다. 이러한 응용 분야에는 광산 트럭, 백호 로더, 크레인, 굴착기, 시저 리프트 등이 있다.

두 개의 홀 소자를 포함하는 IC도 있다. 이는 일련의 증분(증분 인코더)을 계산하여 선형 인코더 또는 로터리 인코더를 만드는 데 유용하며, 이때 움직이거나 회전하는 자석 배열은 직교 인코더 패턴으로 감지되는 교번 자기 패턴을 생성한다.[4] 이 패턴은 움직임의 속도와 방향을 모두 제공하거나, 단순히 위아래로 계산하여 위치 또는 각도를 결정하도록 디코딩될 수 있다. (하나의 홀 소자만 사용되는 경우 선형 또는 로터리 인코더의 방향을 결정할 수 없다.) 다이에서 서로 정확한 거리에 위치한 두 개의 소자는 동일한 방향으로 정렬될 수 있으며,[35] 이 경우 자기 극 대 극 간격은 이상적으로 홀 소자 간 간격의 두 배가 되어야 한다.[4] 또는 홀 소자를 90도로 정렬하여 두 축에서 감지할 수 있다.[36][37]

참조

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[2] 웹사이트 How the Hall Effect Still Reverberates - IEEE Spectrum https://spectrum.iee[...] 2023-12-28
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[36] 웹사이트 Dual Hall-Effect Latches ! Allegro MicroSystems https://www.allegrom[...] 2023-12-28
[37] PDF https://www.ti.com/l[...] 2024-03
[38] 웹사이트 ホールICとは？ https://www.ablic.co[...] 2024-11-12
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[41] 웹사이트 ホールIC(ホールラッチ) UH266G SIP-4 https://akizukidensh[...] 2024-12-10


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