新型霍尔效应传感器实现360°旋转位置传感_工控商务网

结果到线性误差由方程 3 给出。
(3)
IC 使用 EEPROM 中设置补偿参数来降低线性误差。图 5 显示了补偿后，残余线性误差每一分量影响， MLX90316 数据手册对此进行了说明。
> 图 5.
（ A ）是一个周期内失调影响最大时典型曲线
（例如，线性位置传感器）、 2D （例如，旋转位置传感器）和 3D （例如，操纵杆位置传感器）传感器。
>>> 磁铁选择
利用 MLX90316
构建位置传感器需要使用磁铁，传感位置安装活动机械部件（通常连接轴末端）。水平磁通量均匀磁铁都可以使用。磁铁大小和材料并不重要；机械、磁场和热容限之内，水平磁通量必须
当径向磁铁（圆形磁铁平面磁场） IC （图 3 ）上面旋转时，磁通分量 B X 和 B Y 将产生两个正交正弦波（图 4 ）， B X 正比于
cosine(α) ， B Y 正比于 sine(α) 。
> 图 4. 旋转磁场产生了两个正交正弦波，到 X 和 Y 轴磁通量 B X 和 B Y 。
旋转位置传感。三轴霍尔技术结合了集成磁场集中器和高精度、非接触式高性价比小型旋转位置传感器。 Melexis MLX90316
是第一款三轴系列产品，旨解决长期困扰 360° 位置传感问题。
工作原理
普通水平（平面）霍尔传感器只能感应垂直于 IC 表面磁通量。而三轴霍尔传感器能够单点感应到磁通量所有三个分量。
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详细信息新型霍尔效应传感器实现360°旋转位置传感
其实现方法是十字形两对平面霍尔片中心位置处放置一个直径 200µm 、厚 25µm IMC ，起到传; 图 1. 三轴霍尔传感器
（ A ）顶视图显示了 IMC （黄色）和平面霍尔片（蓝色）。
沿三轴传感器一个轴方向横截面（ B ）显示了 IMC 和平面霍尔片以及磁力线。
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> 图 7. 磁铁偏心对非线性误差影响。
尽管气隙变化不会影响线性误差，磁铁倾斜——与 IC 平面偏心相结合后，将会引入明显误差。
三轴霍尔传感器 MLX90316 简化了非接触旋转位置传感器设计。三轴霍尔技术可以取代电感和磁阻技术，替换传统电阻接触式分压计。该技术还能够实现 1D
2007-01-23 来源：西部工控网 浏览：120 一类新霍尔传感器能够单点感应磁通量所有三个分量。
VINCENT M. HILIGSMANN,
MELEXIS MICROELECTRONIC SYSTEMS
霍尔效应传感器上增加集成磁场集中器（ IMC ）可以实现高精度 360°
IC 固有误差 。要评估 IC 性能， V X 和 V Y 并不与 B X 和 B Y 完全成正比，，需要考虑理想公式偏差（方程 1 ）：
(2)
其中， V X0 和 V Y0 反映了原始信号失调， A X 和 A Y 反映了两个通道灵敏度失配， β 是垂直（即正交）误差。
α = 角度
MLX90316 直接输出其上旋转磁铁角度位置（最大 360° ），实际上就是传感器 IC 旋转位置。
方程 1 突出了三轴霍尔技术两个关键特性：放大后，两路霍尔信号分开；对两路信号匹配偏差进行补偿，不会影响输出角度精度。三轴霍尔 IC
不受磁铁热系数影响，气隙会改变，而普通霍尔技术直接受到这些偏差影响。 MLX90316 还带有 EEPROM
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，存储与芯片功能和输出特性相关参数，模块安装后还可以调整输出传输特性。
旋转位置传感器性能
任何位置传感器主要品质因数是线性误差，它包括与理想输出传输特性（即线性）相关所有偏差。这些偏差涉及到电气、机械、磁场、热效应和器件老化等问题。旋转位置传感器性能主要受到
IC 固有线性误差和传感器模块组件引入其他误差影响。
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作为非接触旋转位置传感器 IC ， MLX90316 只使用旋转磁铁 IC 上磁通量平行分量（即 B X 和 B Y ）。
图 2 结构框图显示了原始霍尔信号 V X 和 V Y 数字化之前，先多路复用斩波放大 。
基于微控制器数字信号处理（ DSP ）内核进一步处理信号，到角度信息。角度（ α ）输出为模拟信号（ DAC 之后）、数字 PWM 串行信号。
原始霍尔信号 V X 和 V Y 分别与 B X 和 B Y 成正比。放大后， MLX90316 嵌入式 DSP 执行以下运算，到角度信息：
(1)
其中：
A = 增益
V X = X 方向原始霍尔信号
V Y = Y 方向原始霍尔信号
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不存磁滞现象。
每一对霍尔片直接 IMC 结构来测量其上磁通量。提取出每一对霍尔片信号后，可以低偿磁通量正交分量（即 B Z ），留下平行分量（即 B X 和 B Y
）。增加信号可以消除水平分量；，只感应正交分量。这样，简单运算，就可以测磁通量所有三个分量。这就是三轴霍尔名。
三轴霍尔器件运转
cosine(α) ， B Y 正比于 sine(α) ），同时还能够测量其他物理参数（例如，线性移位等）。
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20–70 mT （例如， 45 mT ±25 mT ）范围以内。下限与信噪比相关，而上限受到 IMC 结构饱和影响，饱和后产生线性误差。
气隙问题上，距离 IC 表面实际气隙大于 7.5mm
，环形磁铁要优于盘形磁铁。磁铁可以放轴末端，使用环形磁铁时可以绕轴上。也可以使用特殊磁铁设计，获旋转位置传感器正常传输特性（例如， B X 正比于
原始信号非线性。原始信号本身带有非线性，它将影响角度线性误差，如图 6 所示。一旦 IMC 开始饱和后，就可以观察到这种非线性。正常范围内，非线性贡献小于
0.1° 。
磁滞。非晶 IMC 结构不会产生能够测量到磁滞。，可以认为磁滞误差是零（非常小）。
> 图 6. 线性误差曲线显示了四个周期内，原始信号非线性影响。
IMC 是非晶材料，后加工过程中，利用光刻和刻蚀技术晶片上沉积而成。
IMC 将平行于芯片表面磁通量（ B // ）转换为正交分量（ B ⊥ ），这一分量由下面霍尔片进行感应（图 1B ）。 IMC
材料没有达到饱和，这种转换就是线性。平行磁通量大于 70mT 时出现饱和，材料饱和会影响传感器线性度，但并不可逆。磁通量回到正常范围后，恢复线性特性。 IMC
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机械误差 。机械设计需要将移动部分（例如，轴）、磁铁和 IC 装配到同一外壳中。 IC
线性误差外，旋转位置传感器误差预算还需要考虑机械和磁铁结构影响。主要贡献来自于磁铁围绕其中心旋转时相感应单元径向偏心。
从经验上，要到小于 0.3° 线性误差（该误差来自磁铁与轴偏离），磁铁直径应比最大偏心大 20 倍以上（图 7 ）。
（ B ）是两个周期内灵敏度失配
（ C ）是两个周期内正交性
补偿后，线性误差之外，还要考虑其他三种影响：
温度影响。温度主要影响失调，热失调漂移规范中，它对误差预算影响与图 5A 所示方式相似。灵敏度热系数失配对总误差贡献是 0.1° 。
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