磁性位置傳感器及雜散磁場(chǎng)干擾：差分技術(shù)的應(yīng)用效果

抗雜散磁場(chǎng)干擾演示

　　具備差分感應(yīng)能力的雙像素磁性位置傳感器的卓能性能已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試所證明。以下這個(gè)實(shí)驗(yàn)將包含一個(gè)雙像素磁性位置傳感器的汽車位置傳感器模塊與包含一個(gè)傳統(tǒng)的單像素傳感器的汽車位置傳感器模塊的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較。這兩個(gè)模塊都被用于測(cè)量位于傳感器IC某個(gè)角度上方的磁鐵的位置移動(dòng)(見圖9)。隨著磁鐵位置的改變，傳感器IC的電壓輸出量也出現(xiàn)了相應(yīng)的變化(見圖10)。這種測(cè)量方式十分常見，尤其是在測(cè)量汽車制動(dòng)器、油門或離合器踏板的位移時(shí)十分有必要。

　　亥姆霍茲線圈可將一個(gè)雜散磁場(chǎng)作用于這兩個(gè)模塊中(見圖7)。為了產(chǎn)生Bx、By以及Bz三個(gè)矢量的特定磁場(chǎng)強(qiáng)度，線圈放置的位置也各不相同。

　　模塊的輸出電壓通過示波器來測(cè)量(見圖8)。

　　圖11所顯示的數(shù)據(jù)表明，當(dāng)汽車位置傳感器模塊放置于雜散磁場(chǎng)的Z方向時(shí)，單像素傳感器IC的誤差比雙像素傳感器IC的誤差大30倍

測(cè)試條件：

　　磁鐵位置：4V

　　雜散磁場(chǎng)方向：Z

　　雜散磁場(chǎng)頻率：50Hz

　　雜散磁場(chǎng)強(qiáng)度：2500A/m

　　直流雜散磁場(chǎng)表現(xiàn)為一個(gè)偏移量疊加在追蹤信號(hào)上。交流雜散磁場(chǎng)作為干擾，雜散磁場(chǎng)頻率則疊加在追蹤信號(hào)上。

　　圖12也清楚地展示了兩種不同傳感器的區(qū)別。1%的誤差范圍在汽車運(yùn)動(dòng)傳感應(yīng)用中十分常見。該測(cè)試測(cè)量了所有的干擾源，包括雜散磁場(chǎng)。由于積分非線性和溫度變化在不同的應(yīng)用中情況也各不相同，所以，這些數(shù)值的影響暫沒有包括在表格中。

市場(chǎng)上的雙像素傳感器產(chǎn)品

　　ams所有用于汽車領(lǐng)域的AS54XX磁性位置傳感器系列都采用了雙像素差動(dòng)傳感技術(shù)。這些傳感器可用于-40℃到 150℃溫度范圍內(nèi)的環(huán)境中，并且無需溫度補(bǔ)償。此外，這些傳感器十分靈敏，可以在5mT 到100mT范圍內(nèi)運(yùn)作。一旦他們具備較高的抗雜散磁場(chǎng)干擾能力之后，我們便僅需使用成本較低的小尺寸磁鐵。

　　因?yàn)檫@些傳感器可以在雜散磁場(chǎng)環(huán)境內(nèi)可靠運(yùn)作，因此，它們可幫助汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)者滿足ISO26262安全認(rèn)證的要求。AS54XX產(chǎn)品系列還具備自我監(jiān)控的集成功能。這些安全性能可在接地失敗或斷電等情況下對(duì)設(shè)備提供欠壓保護(hù)及過壓保護(hù)。先進(jìn)的安全功能包括可自我檢測(cè)位反轉(zhuǎn)的EEPROM。

　　采用雙像素差動(dòng)原理的磁性位置傳感器不僅僅能免受雜散磁場(chǎng)的干擾，而且不需要抵消因溫度和時(shí)間變化產(chǎn)生的影響 。此外，由于具備14位分辨率，這些磁性位置傳感器的精確度和準(zhǔn)確性較高，因此，可適用于各種不同的應(yīng)用(見圖13)。

結(jié)論

　　在汽車領(lǐng)域，由于動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化程度越來越高，磁性位置傳感器的抗雜散磁場(chǎng)干擾能力顯得越來越重要。此外，諸如ISO11452-8等新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)也給汽車制造商和系統(tǒng)設(shè)計(jì)商帶來更多挑戰(zhàn)。

　　在嚴(yán)峻的電氣環(huán)境和機(jī)械環(huán)境下，3D 雙像素傳感器IC可幫助設(shè)計(jì)師開發(fā)性能穩(wěn)健的產(chǎn)品，并且在無需使用復(fù)雜昂貴的屏蔽材料的情況下使產(chǎn)品符合最嚴(yán)苛的安全標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　磁性位置傳感技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和汽車領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)及電機(jī)控制應(yīng)用。ams最新一代3D 磁性位置傳感器可以從三個(gè)維度感應(yīng)磁通量，因此，應(yīng)用范圍比普通的磁性位置傳感器更廣。

　　磁性傳感技術(shù)比光學(xué)傳感技術(shù)和接觸式(電位計(jì))更加穩(wěn)健可靠，因?yàn)榇判詡鞲屑夹g(shù)不會(huì)受到灰塵、污垢、油脂、振動(dòng)以及濕度的影響，而這些嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境在汽車和工業(yè)設(shè)備中十分常見。

　　然而，在使用傳統(tǒng)的磁性位置傳感器時(shí)，設(shè)計(jì)工程師難以避免會(huì)碰到雜散磁場(chǎng)干擾的問題。雜散磁場(chǎng)的干擾會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞磁性位置傳感器的輸出電壓，大量縮減信噪比。由于汽車的電氣化程度越來越高，這些風(fēng)險(xiǎn)也愈加明顯和突出。高電流的電機(jī)和電纜是引起雜散磁場(chǎng)的重要因素之一，而這一情況在許多工業(yè)設(shè)備中也十分普遍。

　　一般而言，若要使磁性位置傳感器免受雜散磁場(chǎng)的干擾需采取十分復(fù)雜的方式，并且成本也比較高。本文介紹的正是一種使磁性位置傳感器具備較強(qiáng)的抗雜散磁場(chǎng)干擾能力的新方法。由于采用了雙像素敏感元件，磁性位置傳感器使差動(dòng)傳感成為可能。本文對(duì)這一操作原理進(jìn)行了具體描述。接下來，文章展示了雙像素磁性位置傳感器和單像素磁性位置傳感器的不同測(cè)試結(jié)果，從而證明了雙像素磁性位置傳感器在抗雜散磁場(chǎng)干擾方面的突出性能。