在汽车及工业应用的位置探测领域中，对传感器功能的要求越来越多。传感器在严苛环境下的精确性和稳定性必须持续增强。关于节气门阀、离合器或方向盘的位置探测应用必须尽可能精确地实现。对于短距离(6 毫米为上限)或小角度(60度为上限)测量应用，可以使用现有的一维线性霍尔传感器。但对于更大的角度，则需要使用一种新的技术。为此，Micronas 开发了两个新的霍尔效应传感器产品系列，HAL36xy和HAL38xy。
上述产品首次使用了所谓的“垂直霍尔片”。我们和Fraunhofer集成电路研究院 (FhG IIS)紧密合作，为这种新型传感器专门开发了这些契合Micronas制程的霍尔片。 Micronas授权应用了被称为“Hall-in-One”的pixel cell像素技术，并将其调整应用于HAL 36xy/HAL 38xy系列。这些传感器系列包括7个不同的产品，因而覆盖了从离合器位置或空档检测到方向盘角度测量的广泛应用。
图1 3D霍尔技术线性距离测量
Micronas是首家成功将使用“垂直霍尔技术”的传感器引入汽车应用，并且处于领导地位的霍尔效应传感器制造商。
从前，角度测量只能用集成的通量集中器或者复杂双列AMR(各向异性磁阻)传感器来实现，而现在可以用一个标准的CMOS过程来完成。与AMR技术 相反，由于垂直霍尔技术的帮助，可以用单个产品就实现对上至360°的角度以及线性距离进行测量。Micronas所开发的方案，其主要优势在于使用了所 谓的 “pixel cell” 像素。它由两个垂直霍尔片和一个水平霍尔片组成。有了pixel cell像素，就可以在一个点上测量三个磁场分矢量。平行于传感器表面的磁力线由垂直霍尔片测量，垂直于传感器表面的磁力线由水平霍尔片测量。
HAL36xy只使用两个垂直霍尔片Bx和By，而HAL38xy使用水平霍尔片以及垂直霍尔片的其中一片。视不同的传感器型号，客户可以选择想要的霍尔片组合。Bx和Bz活跃，或By和Bz活跃。另外，可选择两种输出信号格式(脉宽调制或者模拟信号)。
HAL36xy系列理想的应用是上至360°的角度测量，比如方向盘角度测量。为此，主要使用一个径向充磁的磁铁(见图2)，和传感器表面平行传动。两个垂直霍尔片相互垂直放置，同时产生正弦和余弦信号。传感器自动计算反正切数值，并转换为模拟或数字输出信号。
图2 径向充磁的磁铁平行于HAL36xy的表面转动
输出信号和测得的角度是直接等比例的。基于反正切分析，磁铁的气隙变化和磁铁温度反应对改种测量方法影响极小。这些传感器的设计工作温度范围是 –40℃到 170℃(裸片温度)，并提供多种诊断功能。传感器自带的自检在第一个通电旋转圈进行，确保传感器线路功能正常。传感器可以检测到过压或者欠压状态，并在 输出信号中表示出来。用户也可以定义应用的磁场强度范围。如果磁场强度超过了特定范围，传感器可以显示出错信号。该范围可以由用户定义并编程。对传感器的 编程是通过一个对用户友好的图形界面软件工具来实现的。
带有垂直和水平霍尔片的HAL38xy主要用于线性位移应用，测量距离可以比磁铁长度长50%。用一个长度为10mm的磁铁，可以测量大于等于15mm的距离。在此应用中，一个轴向充磁的磁铁平行于传感器表面运动(图3)。用合适的磁铁可以进行更长距离的测量。
图3 轴向充磁的磁铁平行于传感器表面运动
在传统的单维度测量传感器应用中，磁铁长度必须要设计成比被测量的位移长30%。因而使用二维传感器所相对增加的成本，会轻而易举地被昂贵磁性材料的节约弥补掉。所以，在提升性能的同时，也实现了成本优势。
HAL38xy 另一个可能的应用是在轴边的角度测量。一个径向充磁的磁铁固定在轴上，在传感器边旋转。如果两个磁场反正切计算提供了理想的正弦余弦相关曲线，反正切可以 为角度提供一个线性关系。这并不是在所有的应用中都可以实现的。理想的轴边角度测量设置只能通过特殊的磁铁实现。如使用传统的磁铁，则需要在反正切计算之 后再进行线性化。为完成这一任务，HAL38xy和HAL36xy提供了32点标定来使得输出信号线性化。
其他的传感器制造商如今也再尝试使用垂直霍尔技术(比如，霍尔开关等简单产品)，这一事实证明了该技术的吸引力。Micronas很早就实施了垂直 霍尔传感器技术，因而如今成为该领域的市场领导者。随着下一代直接角度传感器的推出，Micronas将扩大其对市场的引领。新一代产品将有进一步改善的 角度测量表现，提供更高测量精度，更低的通量密度下限值，使产品可以在弱得多得到磁场中使用。
