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簡介

Allegro MicroSystems電流傳感器IC可以分為三大類：需要外部磁芯的傳感器、具有封裝內置磁芯的傳感器，以及具有集成載流環（但無磁芯）的傳感器。最后一類就是具有共模場抑制（CMR）功能的傳感器。本文將探討CMR的機制，并重點介紹如何充分利用此機制來優化電路板設計和布局。

背景

在使用集成載流環的IC中，載流環可以產生IC能測量的磁場。該磁場通過霍爾效應轉換成電壓。此霍爾電壓正比于電流大小和方向。圖1是特定電流傳感器IC引線框產生磁場的示例。在該圖中，箭頭指示通過引線框的電流，彩色圖表示100A直流電通過傳感器時產生的磁場。為了表達清晰，圖中移除了電流源。

圖1：ACS780電流傳感器引線框磁場。

使用配備集成載流環的IC具有很多優勢：無需磁芯、基本沒有磁滯、功率低、并且具有較高的溫度精確度。但是，由于不存在磁芯，傳感器容易受到磁體或傳感器IC周圍導線電流產生的雜散磁場的影響。為了抑制雜散磁場的出現，Allegro的很多電流傳感器都具有雙霍爾共模抑制方案。霍爾板的布置方式要確保當電流通過IC集成導體或載流環時，每個霍爾板感應的場極性相反。在圖1中，兩個霍爾板的位置用H1和H2表示。可以從圖中看出，這兩個區域具有方向相反的磁場。

采用CMR技術的基本原理是：如果兩個霍爾板的信號相減，然后可以將集成環引發的信號求和，這樣就可以抑制來自進入IC的任何雜散磁場共模（單極）信號。簡單舉例，假定每個霍爾板的磁場±B大小相等，方向相反，則：

H1–H2∝B1–B2

B–B2＝B–（–B）

B–（–B）＝2×B

因此，

H1–H2∝2×B

假定兩個霍爾板上具有相等的雜散磁場Bext，則：

H1–H2∝B1–B2

B1–B2＝（B＋Bext）–（–B＋Bext）

（B＋Bext）–（–B＋Bext）＝2×B＋Bext–Bext

2×B＋Bext–Bext＝2×B

因此，

H1–H2∝2×B

Allego的其它技術資料《無磁芯霍爾效應電流傳感器IC采用的共模場抑制技術》更詳細地介紹了CMR技術的理論和指導方程。本文介紹的主要技術是如何設計和布置這些電流傳感器IC的載流線路。此外，本文也提供了最小化其他雜散來源的指南。