为什么笔记本有些部位不能碰磁铁—谈谈由一个转接头引发的发现

本内容来源于@什么值得买APP，观点仅代表作者本人 ｜作者：yangzy0924

本人用的华硕灵耀14笔记本，带两个雷电四接口，每天带着笔记本往返于公司和家中，连接电源和显示器，不停的插拔，时间久了发觉经常用的那个雷电接口处竟然有些磨损了。想着会不会有一天会被插坏了。于是想着有什么方法可以避免。

想起之前手机上用过磁吸的转接头，我去买一个好一点的能充电也能传输视频信号的磁吸转接头，是不是就可以减少插拔次数，延长雷电口的使用寿命了呢？有一个在张大妈上还真碰到了这种产品，可以40Gbps高速传输8K音视频信号、最高支持100W充电的磁吸转接头。

价格也不贵，于是买了一对，打算一个放家里，一个放办公室使用。

很快到货了。

于是接上笔记本电脑靠近屏幕的雷电口使用。

结果正常，能够充电的同时并传输视频信号到显示器，上面的设想能够实现。

1.出现问题

然后我搬动了一下笔记本，结果一下显示器和笔记本都黑屏了，键盘灯也不亮了。

当时心里咯噔一下，不会烧接口了吧。

于是连忙拔下来，拔下来之后笔记本立刻恢复正常，屏幕恢复显示，键盘灯亮起。

心想是不是这个转接头的问题，刚好买了一对，把另外一个转接头拆封接上，结果一样，接上笔记本就彻底黑了。

难道真的是笔记本接口的问题？于是换了第二个雷电接口，结果正常，两个磁吸转接头都正常工作，笔记本不黑屏，显示器也有显示。

心想完了，第一个口估计烧坏了。又把转接头丢一边，直接用显示器的C口连接线插到第一个雷电口，发现笔记本不黑屏，显示器有显示，看来接口没坏。

那么到底是什么原因，导致磁吸转接头一接上笔记本就黑了呢？

2.发现奇怪现象

又在第一个雷电口把转接头拔下插上反复试了几次，结果依旧。在插拔中发现了一个奇怪问题，就是转接头不接显示器，单独插笔记本第一个雷电口，也会导致笔记本黑屏，但第二个口不会。而且是磁吸的部分靠近就黑。

靠近黑，这就说明不是接口插入导致的了，看来是磁吸转接头的磁力对笔记本的某些元器件产生了影响。而且这种黑屏，键盘灯关闭，风扇也会停转，笔记本像是进入了休眠状态，把磁吸头拿开，则笔记本立刻唤醒恢复正常。

基本上能推断出是磁力在捣鬼了，正好手边有一块小磁铁，拿过来在笔记本上试了下，小磁铁只要靠近第一个雷电口的位置，也会让电脑进入休眠。只要把磁铁放在这个位置，电脑立刻黑屏，键盘灯熄灭，按键盘或者开关机键都无法唤醒，除非把磁铁拿开。

3.霍尔传感器

上网搜了一下，推断出笔记本是靠磁力来感应是否合盖的。这个部位如果感受到磁力，电脑会认为笔记本被合上了，于是进入休眠状态，磁力去掉则立刻唤醒。

这个感应磁力的传感器就叫霍尔传感器，用小磁铁周边滑了一圈，其他部位没出现这种情况，霍尔传感器应该就是安装在这个接近第一个雷电口的位置。

霍尔传感器是运用了一种物理效应， 最早是由霍尔在 1879年发现。按照当时谁发明谁就有资格起名的流行做法，那么此效应就被称为“霍尔效应”。 “霍尔效应”其实就是电流通过电磁场所产生的反应。 当电流通过由磁铁和线圈组成的传感器后。传感器内部的磁铁头会向一侧偏移，改变了原本的位置。这就好比吸铁石一样，当两个同极性磁石靠近时会相互排斥一样。

应用到笔记本上，就是当你不用电脑时，随手把屏幕一盖，屏幕就会黑屏并进入休眠模式，这是屏幕上的磁铁和主板或机壳上的“霍尔传感器”配合而起到的作用。

霍尔传感器在日常生活中应用到的场景也很多，比如洗衣机、微波炉等家电，打开门会暂停或无法启动，就是用了这个原理。

还有更多的场景是用于汽车动力控制上的使用。什么ABS，ESP等等都会有“霍尔”的身影。一类是开关类。控制电器的开关，关门告警器等等。也就是控制电路的“通”和“断”。，另一类是线性感应。也就是物理量的测量。可以检测出电流和电压的大小和强弱，以此来控制更加精密的操作。而且由于其抗干扰能力非常强，比其它的检测传感器更适合被广泛地用于各种自动化检测技术上面。可以说在你我的周围的电器中都充满了这种由磁铁和线圈组成的小物件了。

这个就是由新购置一个转接头引发的一个小发现，和大家分享。

作者声明本文无利益相关，欢迎值友理性交流，和谐讨论～

巨磁阻多圈位置传感器的磁体设计

作者 ：Stephen Bradshaw，产品应用工程师；Christian Nau，产品应用经理；Enda Nicholl，战略营销经理

摘要

基于巨磁阻(GMR)传感技术的真正上电多圈传感器必将彻底改变工业和汽车用例中的位置传感市场，因为与现有解决方案相比，其系统复杂性和维护要求更低。本文说明了设计磁性系统时必须考虑的一些关键因素，以确保在要求严苛的应用中也能可靠运行。其中还介绍了一种磁性参考设计，方便早期采用该技术。在上一篇文章中，我们介绍了多圈传感技术以及一些关键应用领域，例如机器人、编码器和线控转向系统。

引言

多圈传感器本质上是将磁写入和电子读取存储器与传统的磁性角度传感器相结合，以提供高精度的绝对位置。“具有真正上电能力与零功耗的多圈位置传感器(TPO)”中描述的磁写入过程需要使用特定的操作窗口来维持入射磁场。如果磁场过高或过低，可能会出现磁写入错误。在设计系统磁体时必须小心仔细，并考虑可能干扰传感器的任何杂散磁场以及产品使用寿命内的机械公差。较小的杂散磁场可能会导致测量角度出现误差，而较大的杂散磁场可能会导致磁写入错误，从而引起总圈数错误。

磁性参考设计目标

设计出理想的磁体和屏蔽需要仔细了解系统要求。一般来说，系统要求越宽松，达到目标规格所需的磁体解决方案尺寸越大、成本越高。ADI正在开发一系列满足各种机械、杂散场和温度要求的磁性参考设计，可供ADMT4000真正上电多圈传感器的客户使用。ADI开发的第一个设计涵盖了公差相对宽松的系统：传感器到磁铁的距离为2.45 mm ± 1 mm，传感器到旋转轴的总位移为±0.6 mm，工作温度范围为–40˚C至+150˚C，杂散磁场屏蔽衰减大于90%。

磁性元件注意事项

设计磁体时，需要考虑一些关键注意事项，下一节内容概述了在为GMR传感器进行设计时需要考虑的主要方面。

磁体材料

GMR传感器在定义的磁窗口（16 mT至31 mT）1内运行；此外，最大和最小工作范围具有热系数(TC)，如图1中的红色迹线所示。选择TC与GMR传感器匹配的磁体材料最大限度地提高工作磁场的允许变化范围。这有助于增大磁体强度的变化和/或磁体相对于传感器的距离公差变化。铁氧体等低成本磁性材料的TC远远高于GMR传感器，与钐钴(SmCo)或钕铁硼(NeFeB)等材料相比，，其工作温度范围有限。

了解所选磁性材料的TC以及由于制造差异而导致的磁场强度变化后，即可确定室温(25°C)下所需的磁场强度。然后可以在室温下进行设计仿真，同时系统将在整个温度范围内按预期运行的可信度高。在图1中，绿色实线代表磁体根据设计应在GMR传感器的活动区域范围内产生的磁场强度窗口。由于磁性材料制造工艺的差异，该窗口小于GMR传感器的最大和最小操作窗口。绿色虚线表示由于>5%的典型制造差异而产生的最大和最小预期磁场。

1 ADMT4000发布之前，操作窗口可能会发生变化。

磁体仿真

机械操作环境中磁体的仿真可以采取不同的形式。通常用于设计磁体的仿真有两种类型：解析仿真或有限元分析(FEA)。解析仿真使用被仿真磁体的整体参数（尺寸、材料）求解出磁场，除了假设磁体在空气中运行之外，不考虑周围环境。这是一种快速的计算，在没有相邻铁磁材料时非常有用。FEA可以对较大磁性系统中含铁材料的影响进行建模，在将磁体与杂散磁场屏蔽或靠近磁体或传感器的铁磁材料组合时，此操作至关重要。FEA是一个耗时的过程，因此其通常将解析分析中的基本磁体设计作为起点。FEA用于对磁体和杂散场屏蔽的参考设计进行仿真。

磁铁设计特性

仿真产生的参考设计磁体由一个带有集成钢杂散场屏蔽的SmCo磁体组成，如图2所示。该磁体采用注塑成型设计，因此能够批量生产。SmCo磁体的注塑成型因能够生产复杂的形状而很常见，并且广泛用于汽车和工业应用。该组件根据设计可与直径为9毫米的轴形成过盈配合；然而，可以对衬套进行修改，以便连接到不同尺寸的轴。

磁体表征

我们对磁体组件进行了仔细的表征，以展示GMR传感器的强大磁性解决方案。表征的关键是能够绘制在扩展的磁铁到传感器距离窗口范围内磁场强度在受控环境中的详细图。表征成功的关键在于充分了解和校准所用的磁场探头。图3显示了在两个不同气隙下测量的磁场强度的示例，在整个工作温度范围和气隙范围内重复这些测量非常耗时，但此操作对于了解磁体性能以确保其在所需条件下正常运行至关重要。

结语

总之，参考设计磁体已被证明能够满足在–40°C至+150°C温度下工作的要求，气隙为2.45 mm ±1 mm，与传感器轴向距离公差为±0.6 mm。杂散场屏蔽的详细信息将在后续文章中介绍。

ADMT4000是首款集成式真正上电多圈位置传感器，必将显著降低系统设计复杂性和工作量，最终实现体积更小、重量更轻和成本更低的解决方案。该参考设计将提供给ADI的客户，无论设计人员是否具备磁性设计能力，均能借此为当前应用添加或改进现有功能，并为许多新应用打开大门。

如需了解有关ADMT4000和磁性参考设计的更多信息，请访问analog.com，或联系您当地的ADI销售团队，他们将乐于讨论您的要求和应用。

图1.工作窗口与典型SmCo磁体的热系数比较。

图2.参考设计磁体。

图3.气隙为1.42 mm和2.45 mm的磁场分布。

关于作者

Stephen Bradshaw拥有利兹大学电气工程学士学位，以及格拉斯哥大学光电学硕士和博士学位。在职业生涯的早期，Stephen曾负责意法半导体第一代手机摄像头中所用镜头的设计和表征，然后在Maroni钻研Gbps光收发器并在Nanotech Semiconductor参与了大部分光收发器的研发工作。Stephen在ADI公司工作已有10余年，在此期间担任应用工程师，为锂铁和铅酸电池监控产品线及磁性位置传感器业务提供支持。

Christian Nau是ADI公司的产品应用经理，拥有汽车电子和传感器方面的背景。他于2015年加入ADI公司，担任现场应用工程师和主题专家，为欧洲、中东和非洲地区的磁性传感器业务提供支持。自2019年以来，Christian一直在ADI公司的磁性传感器技术事业部工作，为现有产品的客户合作项目提供支持，并为该事业部未来在多个市场的发展方向出谋划策。

Enda Nicholl是ADI公司驻爱尔兰利默里克的磁性传感器战略营销经理。Enda是一名机械工程师，于2006年加入ADI公司。他在传感器和传感器接口产品领域拥有近30年的经验，涉及广泛的应用和市场，包括汽车和工业。在整个职业生涯中，Enda一直从事产品应用、现场应用和销售，以及战略业务开发和营销。

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