高集成、低功耗的3D霍爾磁性位置傳感器

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）隨著各類智能終端應(yīng)用不斷向電氣化的轉(zhuǎn)變，使得市場(chǎng)對(duì)磁性位置傳感器需求的呼聲也愈發(fā)強(qiáng)烈，尤其是在汽車電子及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。3D霍爾磁性位置傳感器結(jié)合霍爾效應(yīng)可對(duì)X、Y、Z三個(gè)軸向的磁場(chǎng)分量進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高效、高精度的實(shí)時(shí)控制功能。

在汽車領(lǐng)域，3D霍爾磁性位置傳感器能為智能輔助駕駛系統(tǒng)提供更高精度的轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、變速箱和節(jié)氣門系統(tǒng)等，進(jìn)行有關(guān)安全的關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，保證汽車智能輔助駕駛系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，是汽車電氣化、智能化快速增長(zhǎng)的一大關(guān)鍵。

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，3D霍爾磁性位置傳感器多用于工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)向部分，為機(jī)器人提供高分辨率、高效的電機(jī)轉(zhuǎn)向反饋。隨著工業(yè)機(jī)器人功能的不斷強(qiáng)化和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，機(jī)器人關(guān)節(jié)數(shù)量也在成倍地增加，對(duì)3D霍爾磁性位置傳感器用量的需求也在快速增長(zhǎng)。

為加速終端應(yīng)用智能化的快速發(fā)展，TI、TDK等眾多企業(yè)相繼推出了滿足工業(yè)、汽車應(yīng)用要求的3D霍爾磁性位置傳感器，用于提高設(shè)備的實(shí)時(shí)控制能力和優(yōu)化系統(tǒng)效率。

TI首款高精度3D霍爾位置傳感器

此前，TI為助力工業(yè)智能化的發(fā)展，推出了一款專用于工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的3D霍爾磁性位置傳感器TMAG5170。雖說該傳感器是TI的首款3D霍爾位置傳感器，但在數(shù)據(jù)讀取精度、安全性與系統(tǒng)功耗方面與同類競(jìng)品相比均有不小的提升。

TI為保證該傳感器在測(cè)量精度與電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度方面的二者兼得，提高在實(shí)際應(yīng)用中的綜合性能，采用了高通量讀數(shù)和高精度線性測(cè)量的方法。通過二者的結(jié)合，即使在20ksps的高數(shù)據(jù)吞吐速率的情況下無需矯正也能保證其精度，無需額外的矯正以及誤差補(bǔ)償，有利于簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)以及靈活性，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，縮短研發(fā)周期。在常溫條件下，線性測(cè)量最大誤差也僅有2.6%，與其他品牌同類產(chǎn)品相比總誤差值降低了約30%。

在工業(yè)應(yīng)用中，安全與效率是備受關(guān)注的一部分，為避免因3D霍爾位置傳感器的故障導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)以及其他問題出現(xiàn)，造成一系列不必要的損失。TI在該傳感器中加入了一整套包括磁場(chǎng)、溫度、通信等多個(gè)方面在內(nèi)的智能診斷系統(tǒng)，以此保證終端應(yīng)用的穩(wěn)定性與可靠性。通過片上集成的方式，減少了外圍診斷電路的鋪設(shè)，產(chǎn)品物料使用方面也有不同程度地降低，對(duì)于大批量生產(chǎn)的設(shè)計(jì)而言，這款傳感器具有較高的性價(jià)比。

在系統(tǒng)功耗優(yōu)化方面，TMAG5170片上集成了數(shù)據(jù)計(jì)算處理單元，可為系統(tǒng)中所使用MCU分擔(dān)25%的工作負(fù)載，因此TMAG5170與低功耗的MCU也能完成高精度的采樣。同時(shí)，TMAG5170還可通過多種工作模式切換，實(shí)現(xiàn)電能利用率的最大化。基于多種工作模式和采樣率的優(yōu)勢(shì)，與同類型產(chǎn)品相比，該傳感器的功耗至少可降低70%。

TDK基于3D HAL技術(shù)的霍爾磁性位置傳感器

在汽車應(yīng)用方面，TDK于去年11月，推出了一款符合ISO 26262 ASIL-B標(biāo)準(zhǔn)的汽車級(jí)3D霍爾磁性位置傳感器HAR 3927。該傳感器采用了TDK獨(dú)有的3D HAL感應(yīng)專利技術(shù)，該技術(shù)能夠通過磁場(chǎng)在X、Y、Z三個(gè)方向上的分量相對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)角度最高為360°，并對(duì)抗外部雜散磁場(chǎng)。

基于360°的檢測(cè)角度，在實(shí)際應(yīng)用中該傳感器適用于在加速踏板、電子節(jié)氣門控制、旋鈕式換擋器以及后軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)。同時(shí)還能在離合器或制動(dòng)踏板、變速器系統(tǒng)、汽缸和閥門位置感應(yīng)等應(yīng)用中進(jìn)行線性位置檢測(cè)。

HAR 3927是一款冗余的傳感器，傳感器內(nèi)部集成了兩顆霍爾位置傳感器芯片，并將這兩顆芯片堆疊的方式封裝在傳感器內(nèi)部，以此保證這兩款芯片磁場(chǎng)位置占比的一致性和測(cè)量數(shù)據(jù)輸出的同步性，同時(shí)還降低了傳感器的整體體積，提高在開發(fā)過程中產(chǎn)品布局的靈活性。

在測(cè)量數(shù)據(jù)輸出方面，該傳感器可輸出17個(gè)可變的標(biāo)定點(diǎn)和33的固定標(biāo)定點(diǎn)，輸出格式可以根據(jù)實(shí)際需求選擇模擬輸出或數(shù)字SENT輸出。同時(shí)還可以通過對(duì)非易失性存儲(chǔ)器編程，進(jìn)行誤差補(bǔ)償，提高測(cè)量精度以保證車輛行駛的安全性。

總結(jié)

在工業(yè)4.0、汽車智能化的快速發(fā)展浪潮中，打開了3D霍爾磁性位置傳感器的市場(chǎng)，刺激了新產(chǎn)品的迭代。相信在不久的未來，將會(huì)有更多兼具高速度和高精度的3D霍爾磁性位置傳感器進(jìn)入市場(chǎng)，助力智能化的發(fā)展。