作者:HANNES BIRK,3D 磁傳感器營銷經(jīng)理,英飛凌科技股份公司
德國紐必貝格
磁性傳感器是汽車和工業(yè)系統(tǒng)中非接觸式測量和位置傳感應(yīng)用的主要技術(shù)。與所有基于硅的設(shè)備一樣,跨代產(chǎn)品集成度的提高帶來了更強大的功能和更簡單、更強大的系統(tǒng)設(shè)計。以更低的成本提供更多的傳感能力驅(qū)動的產(chǎn)品創(chuàng)新機會對設(shè)計工程師來說是個好消息。
霍爾傳感器元件檢測垂直于嵌入它的芯片表面的方向上的磁場通量。因此,使用傳統(tǒng)霍爾器件在 3D 空間(x,y 和 z 坐標)中建立位置需要至少兩個單獨的傳感器:例如,用于建立 x,y 坐標的差分霍爾(一個芯片上的兩個傳感器)和一個獨立的單個霍爾器件以直角定位。這反過來又需要對多個傳感元件進行精確設(shè)計的放置和校準。這種復(fù)雜程度以及實現(xiàn)多設(shè)備磁性 3D 傳感器所需的物理空間意味著工程師在評估 3D 位置傳感技術(shù)時面臨權(quán)衡取舍。在許多情況下,無論是機械的,
輸入第三 維
當經(jīng)典的磁性霍爾傳感器在單個芯片上制造有垂直和水平板以實現(xiàn) 3D 場感測時,該等式發(fā)生了變化(圖 1)。垂直霍爾板對來自 x 和 y 方向的平面定向場分量敏感,而水平霍爾板對垂直(z 方向)定向場分量敏感。
圖 1:經(jīng)典的磁性霍爾傳感器在單個芯片上制造了垂直和水平板,以實現(xiàn) 3D 場感應(yīng)。
英飛凌在小型 6 引腳封裝中提供基于能量吸取的霍爾傳感器,具有五種可選功率模式(圖 2),用于 x、y 和 z 方向的磁場檢測,以可靠地測量三維、線性和旋轉(zhuǎn)運動。 應(yīng)用包括操縱桿、控制元件(例如白色家電中的多功能旋鈕)以及電表中的篡改檢測/預(yù)防。
圖 2:具有五種可選功率模式的能量啜飲霍爾傳感器采用小型 6 引腳封裝,用于 x、y 和 z 方向的磁場檢測。
豐富的應(yīng)用領(lǐng)域
在典型的電流互感器電表中,基于兩個端子之間流動的電壓和電流測量能量,放置在電表外部的強大永磁體會使電流傳感器失效。實施用于防篡改的磁感應(yīng)的傳統(tǒng)方法是基于兩個霍爾傳感器(一個焊接在相關(guān) PCB 上,另一個垂直焊接在單獨的小 PCB 上)。實施這種方法的挑戰(zhàn)包括機械構(gòu)造、校準和調(diào)整的復(fù)雜性——這會增加成本——以及多設(shè)備解決方案的更高功耗。單個 3D 磁傳感器可解決這些挑戰(zhàn),無需額外組件即可帶來大磁場范圍、高分辨率和溫度測量。
在包括計算外圍設(shè)備和白色家電在內(nèi)的許多消費產(chǎn)品中,磁傳感器取代了機械和光學(xué)解決方案。與機械設(shè)備相比,磁傳感器在覆蓋大范圍運動方面更加準確。對于光學(xué)傳感,挑戰(zhàn)不是運動范圍,而是視線要求。
幾十年來,操縱桿的設(shè)計已經(jīng)從四個機械開關(guān)發(fā)展到一對電位器。使用 3D 磁傳感器實現(xiàn)了更加簡化的設(shè)計,結(jié)合了在惡劣操作環(huán)境中的出色耐用性和非接觸式設(shè)計的長壽命。這種方法廣泛用于工業(yè)環(huán)境中的機器控制操縱桿。最新一代 3D 傳感器以 3.3 kHz 的頻率運行(每秒 3,300 次測量,功耗為 3.7 mA),以適合大眾市場游戲系統(tǒng)的成本提供精確和閃電般的快速控制(圖 3)。
最新一代 3D 傳感器,工作頻率為 3.3 kHz(每秒 3,300 次測量,功耗為 3.7 mA),可實現(xiàn)精確和閃電般的快速控制
對于消費類白色家電上無處不在的多功能旋鈕,3D 磁傳感器極大地改變了設(shè)計考慮。在多個堆疊 PCB 上實現(xiàn)的多個開關(guān)和基于光電傳感器的旋轉(zhuǎn)編碼器被傳感器和磁性元件取代。
總之,基于霍爾的 3D 磁傳感器提供的靈活性使該技術(shù)成為替代電位計和光學(xué)解決方案以及簡化現(xiàn)有磁位置傳感設(shè)計的絕佳候選者。設(shè)計人員應(yīng)考慮線性測量范圍、有效分辨率(考慮某些讀數(shù)中的噪聲)、總線數(shù)據(jù)速率以及在微控制器控制系統(tǒng)中集成的容易程度、工作溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性和功耗曲線等因素。對于汽車應(yīng)用,AEC Q-100 認證也必須是設(shè)計清單的一部分。
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