¿Qué es el efecto Hall?
El principio de efecto Hall recibe su nombre del físico Edwin Hall. En 1879 descubrió que cuando un conductor o semiconductor con corriente fluyendo en una dirección se introducía perpendicularmente a un campo magnético se podía medir un voltaje en ángulo recto con la trayectoria de la corriente. La analogía común que se hizo popular en la época del descubrimiento de Hall era la de la corriente eléctrica en un cable con un líquido que fluye en una tubería. La teoría de Hall equiparaba la fuerza magnética sobre la corriente que resultaba en una aglomeración hacia un lado de la «tubería» o cable. La teoría del campo electromagnético ha permitido una interpretación más refinada de la física responsable del efecto Hall.
Está bien establecido que el efecto Hall es el resultado de la interacción de partículas cargadas, como los electrones, en respuesta a campos eléctricos y magnéticos. Se puede encontrar una explicación excelente y detallada, pero muy legible, en «The Hall Effect Sensors; Theory and Applications» de Ed Ramsden. Y también en Wikipedia.
El uso inicial de este descubrimiento fue para la clasificación de muestras químicas. El desarrollo de compuestos semiconductores de arseniuro de indio en la década de 1950 dio lugar a los primeros instrumentos magnéticos de efecto Hall útiles. Los sensores de efecto Hall permitían medir los campos magnéticos de corriente continua o estática sin necesidad de mover el sensor. En los años 60, la popularización de los semiconductores de silicio dio lugar a las primeras combinaciones de elementos Hall y amplificadores integrados. Esto dio lugar al ya clásico interruptor Hall de salida digital.
La continua evolución de la tecnología de los transductores Hall vio una progresión de los dispositivos de un solo elemento a elementos dobles dispuestos ortogonalmente. Esto se hizo para minimizar las desviaciones en los terminales de tensión Hall.
La siguiente progresión trajo consigo los transductores cuadráticos o de cuatro elementos. Estos utilizaban cuatro elementos dispuestos ortogonalmente en una configuración de puente. Todos los sensores de silicio de esta época se construyeron a partir de procesos de semiconductores de unión bipolar.
El cambio a los procesos CMOS permitió la implementación de la estabilización del chopper a la parte del amplificador del circuito. Esto ayudó a reducir los errores al reducir los errores de desplazamiento de entrada en el amplificador óptico. Todos los errores en el circuito no estabilizado por chopper resultan en errores de umbral de punto de conmutación para los sensores de tipo digital o errores de offset y ganancia en los sensores de salida lineal.
La generación actual de sensores Hall CMOS también incluye un esquema que conmuta activamente la dirección de la corriente a través de los elementos Hall. Este esquema elimina los errores de desplazamiento típicos de los elementos Hall de semiconductores. También compensa activamente los errores de desplazamiento inducidos por la temperatura y la tensión. El efecto global de la conmutación activa de la placa y la estabilización del chopper da lugar a sensores de efecto Hall con una mejora de un orden de magnitud en la deriva de los puntos de conmutación o los errores de ganancia y desplazamiento.
Melexis utiliza el proceso CMOS exclusivamente, para obtener el mejor rendimiento y el menor tamaño de chip. Los desarrollos actuales en la tecnología de sensores de efecto Hall pueden atribuirse en su mayor parte a la integración de sofisticados circuitos de acondicionamiento de señales en el CI Hall.
Melexis introdujo el primer CI Hall lineal programable del mundo. Permite programar en campo características funcionales como la ganancia, el offset, el coeficiente de temperatura de la ganancia (para compensar las diferentes dependencias térmicas de los materiales magnéticos). Los CI Hall más recientes tienen núcleos de microcontroladores integrados para hacer un sensor aún más «inteligente» con algoritmos programables por ROM para el procesamiento de señales complejas en tiempo real.