Por que os sensores de corrente de malha aberta por efeito Hall normalmente têm faixas de saída de 2,5 V ±0,625 V e 2,5 V ±2 V?

O motivo da prevalência das faixas de saída 2,5 V ±0,625 V e 2,5 V ±2 V para sensores de corrente de malha aberta por efeito Hall
baseia-se no seu princípio de funcionamento, na tensão de alimentação e no design otimizado para interface com conversores analógico-digitais (ADCs) subsequentes.

As razões técnicas por trás dessas faixas de saída padrão são explicadas em detalhe abaixo.

1. Motivo do ponto central de 2,5 V (tensão de saída estática)

2,5 V é a tensão de saída padrão para sensores de corrente por efeito Hall em estado de corrente zero (ou estático), frequentemente referida como
Tensão de Saída Quiescente.

Capacidade de Medição Bidirecional:

Fonte de Alimentação Unipolar: A maioria dos sensores de corrente por efeito Hall modernos é projetada para ser alimentada por uma fonte unipolar de 5 V.

Definição do Ponto Central: Para medir correntes bidirecionais (direta e reversa), a saída de corrente zero do sensor deve ser definida em metade da tensão de alimentação V_CC, ou seja, 5 V / 2 = 2,5 V.

Mecanismo de Funcionamento: A tensão de saída sobe a partir de 2,5 V quando a corrente flui no sentido direto e desce a partir de 2,5 V quando a corrente flui no sentido reverso.
Esse design garante que toda a faixa de saída possa representar correntes positivas e negativas em um sistema de alimentação única, sem necessidade de tensão negativa.

2. Justificativa da faixa de saída 2,5 V ±0,625 V

2,5 V ±0,625 V corresponde a uma faixa de saída de 1,875 V a 3,125 V (total de 1,25 V).
A escolha dessa faixa está intimamente relacionada à interface otimizada do ADC e à precisão do sistema.

Compatibilidade com sistemas de 3,3 V e ADCs de 10 bits:

Interface do ADC: Muitos microcontroladores (MCUs) e DSPs usam 3,3 V para tensões de E/S e tensão de referência do ADC (V_REF).

Otimização da faixa dinâmica do ADC: Os projetistas de sensores evitam usar a faixa completa de 0 V–5 V para prevenir saturação.
O sinal é limitado para ficar dentro de 3,3 V, visando resolução ideal em um ADC de 3,3 V.

Vantagem da faixa de 1,25 V: Uma faixa de ±0,625 V oferece margens de segurança, evita recorte e mantém alta linearidade em sistemas de 3,3 V.

Resolução do ADC: Essa faixa pode ser ajustada às resoluções do ADC (por exemplo, 10 bits ou 12 bits) para minimizar o erro de quantização na corrente nominal.

3. Razões para a faixa de saída 2,5 V ±2 V

2,5 V ±2 V corresponde a 0,5 V–4,5 V (faixa total de 4 V). Essa faixa maximiza a faixa dinâmica do sinal e melhora a imunidade a ruído.

Maximização da faixa dinâmica e da imunidade a ruído:

Próximo de rail-to-rail: A faixa de 0,5 V–4,5 V cobre quase toda a faixa utilizável em uma alimentação de 5 V.

Maior sensibilidade: Com uma excursão de 4 V, a sensibilidade (mV/A) e a relação sinal-ruído (SNR) são melhoradas, aumentando a precisão da medição.

Margem de reserva: Uma margem de 0,5 V em ambas as extremidades evita saturação não linear perto de 0 V e 5 V em condições extremas.

Resumo e comparação

Essas duas faixas de saída representam diferentes compromissos de design entre precisão/compatibilidade e
faixa dinâmica/imunidade a ruído para sensores de corrente por efeito Hall.