瑪格阿爾法磁性角度傳感器系列的優(yōu)勢

瑪格阿爾法磁性角度傳感器系列產(chǎn)品簡介

介紹

在眾多的機械系統(tǒng)中，檢測位置/速度能力已經(jīng)成為系統(tǒng)控制和監(jiān)控的一項基本要求。在低速位置測量應(yīng)用中，如電機驅(qū)動通常會使用電阻電位器。而在高速應(yīng)用中，如伺服電機則常使用光電編碼器。

其中，電位器價格優(yōu)惠，但作為基于移動觸點元件，它們的缺點也顯而易見：易遭受機械接觸磨損、易受外部環(huán)境因素損壞（包括濕氣和污垢侵入）。光電編碼器精度高，但由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因此價位也相當(dāng)高。面對這樣的窘境，其實工程師還可以選擇非接觸式旋轉(zhuǎn)磁性角度傳感器（瑪格阿爾法系列產(chǎn)品）來解決這一難題。

瑪格阿爾法系列傳感器優(yōu)勢明顯：

8-14b 8-14b位角度輸出，同時具備SPI/ABZ/PWM/UVW UVWSPI/ABZ/PWM/UVW多種輸出接口可選

非接觸式磁性傳感可靠性高，使用壽命長

成本低，封裝尺寸小

支持靈活的同軸、偏軸和側(cè)軸擺放

MPS 馬加爾法傳感器中使用了一組垂直霍爾陣列，用來測量磁場的水平矢量。這種磁場通常來自位于傳感器上方或側(cè)面的一對徑向磁化的磁極?，敻癜柗ɑ魻栮嚵械倪@種傳感技術(shù)支持多種磁鐵-傳感器擺放位置（見圖1）。

圖 1：支持同軸和側(cè)軸拓撲

傳感器前端包含一個面向各個方向的專有霍爾元件陣列。該陣列以高速（每1μs）連續(xù)采樣并產(chǎn)生近似正弦的內(nèi)部信號波形。該波形過零點處的相位角直接與被測角度相關(guān)。在每個測量周期開始后，使用快速數(shù)字計數(shù)器測量過零點的相位，這個值直接反映了每個測量角度的大小。圖 2 展出了典型采樣波形圖。計數(shù)器得到的值被傳遞到低延遲數(shù)字濾波模塊，由該模塊負責(zé)均衡噪聲和提高傳感器的輸出分辨率。根據(jù)不同濾波器深度，分辨率最高可達14位（3西格瑪）。

MPS將這種獨有的“相位到數(shù)字”的技術(shù)稱為螺旋軸TMTMT。它與傳統(tǒng)的X-Y霍爾模塊和反正切計算技術(shù)有所不同。傳統(tǒng)基于反正切的算法具有數(shù)百微秒的延遲，會導(dǎo)致更大的角度滯后（測量的角度與實際機械角度）。而瑪格阿爾法前端的快速采樣率和數(shù)字濾波器的低延遲設(shè)計，從前端捕獲到的輸出接口可用角度信息的角度滯后通常僅為10μs。

這使得瑪格阿爾法傳感器在非常高的轉(zhuǎn)速下依然能夠捕獲低延時的角度。由于延遲固定在大約10μs，因此恒定轉(zhuǎn)速下的滯后角度僅為10μs×（以度/秒為單位）。例如，轉(zhuǎn)速在550,000 rrpm時，從采集到輸出的角度滯后為每秒300 000 000度×10μ秒=3度。

與競爭對手的磁性解決方案相比，螺旋軸TMTMT技術(shù)還支持更廣泛的磁場強度，例如使用總磁阻（GMR）或各向異性磁阻（AMR）材料的磁解決方案。瑪格阿爾法傳感器可支持的場強范圍為15米T到100米T以上。這樣，磁材料的選擇以及磁體至傳感器的定位設(shè)計變得更加靈活。

圖 2：旋軸TM技術(shù)

數(shù)字濾波模塊

數(shù)字濾波模塊針對每個不同的瑪格阿爾法傳感器類型都進行了優(yōu)化，得以更好地匹配目標應(yīng)用。濾波器的濾波深度（處理的樣本數(shù)量與時間的關(guān)系）會影響傳感器的最終輸出分辨率，濾波器深度越大（樣本越多），分辨率越高。

更深的濾波器深度會導(dǎo)致濾波器分辨率增加而帶寬降低（因為處理更多樣本需要更長的時間）。同樣，隨著帶寬減小，濾波器的時間常數(shù)也會增加。這將影響整個系統(tǒng)環(huán)路的響應(yīng)時間，同時也決定了傳感器在具有動態(tài)角度變化或旋轉(zhuǎn)速度變化的系統(tǒng)中的性能?，敻癜柗ㄏ盗械臑V波器時間常數(shù)（tau）范圍為1ms至16時。該值可用于計算加速或減速期間產(chǎn)生的角度滯后誤差。速度變化下的角度滯后誤差等于單位為度/每秒2（即加速度/減速度）乘以tau值的平方。后期文章將深入探討這種效應(yīng)以及如何為應(yīng)用程序選擇合適的帶寬。

傳感器系列產(chǎn)品

基于不同的應(yīng)用，我們已經(jīng)研發(fā)了幾款具有不同性能和輸出接口類型的瑪格阿爾法產(chǎn)品。所有的瑪格阿爾法傳感器都可以通過SPI總線輸出數(shù)字角度值，在某些設(shè)備中也可以通過SSI輸出。此外，特定的型號還提供了增量正交ABZ編碼器輸出，PWM輸出或UVW換向信號，用于電機控制。其他性能包括可以設(shè)置磁場檢測的閥值用于磁鐵位置檢測和磁場強度檢測，提供了用于改善側(cè)裝模式下輸出線性化的寄存器以及零角度位置的設(shè)置。

改善側(cè)裝線性化特性允許傳感器調(diào)整霍爾陣列在X或Y軸上的增益，以補償此模式中存在的磁場矢量不平等現(xiàn)象，并重新獲得線性輸出響應(yīng)。零角度位置調(diào)整意味著不需要手動調(diào)整磁極對準傳感器的方向，可以在軟件中調(diào)整偏移以獲得所需的零角度位置。所有可編程功能都可以存儲在非易失性片上EEPROM(EEPROM)存儲器中。每次開機后都會自動加載這些設(shè)置。圖 3展示了瑪格阿爾法傳感器的通用功能框圖。

圖 3：瑪格阿爾法通用功能框圖

下表列出了所有瑪格阿爾法系列產(chǎn)品：

Ma7xx 系列產(chǎn)品具有9-14 年9-14 年9-14 年9-14位SPI輸出分辨率，同時具備SSI、ABZ和PWM多種輸出接口。此系列產(chǎn)品適用于任一款通用型角度/速度傳感應(yīng)用，包括驅(qū)動器、編碼器和磁場定向電機控制（FOC）應(yīng)用。該系列最新產(chǎn)品MA732 MA732可以允許用戶編程數(shù)字濾波器的參數(shù)，如分辨率，時間常數(shù)和啟動時間等，還具有可調(diào)節(jié)的ABZ遲滯功能。

MA780和MA781適應(yīng)于平均功耗低的應(yīng)用，比如電池供電設(shè)備。這兩款芯片可以在休眠、喚醒和采樣三種模式之間進行自動切換以實現(xiàn)低功率模式。Ma780采用3毫米x3毫米 QFN封裝，MA781則采用小尺寸2毫米x2毫米口徑封裝。

Ma3xx系列產(chǎn)品具有9-14 年9-14 年9-14 年9-14位SPI輸出分辨率，同時具備ABZ和UVW兩種輸出接口。UVW接口可以取代許多三相無刷電機中三個獨立霍爾傳感器產(chǎn)生的電機換向信號。通過使用一對簡單的磁極，MA3xx系列能夠模擬三個霍爾傳感器的波形，并產(chǎn)生UVW輸出，支持具有1至8對極的轉(zhuǎn)子。

將SPI角度或ABZ編碼器輸出與UVW換向相結(jié)合，可實現(xiàn)非常緊湊的無刷伺服電機解決方案。這對于小尺寸微型電機來說非常有用，因為不可能在微型電機的定子繞組中嵌入三個霍爾開關(guān)。

MA330允許對數(shù)字濾波器參數(shù)進行編程來優(yōu)化伺服電機控制中的環(huán)路帶寬，以及可調(diào)節(jié)的ABZ遲滯，以支持給定分辨率設(shè)置下更高的每匝數(shù)脈沖數(shù)。

對于僅需替代3個霍爾傳感器的非伺服應(yīng)用MA102(MA102)是一款僅提供UVW信號的最小解決方案。它具有互補的輸出極性，可以從傳感器接線器返回電機控制器，從而獲得更高的信噪比性能。

針對汽車應(yīng)用，MAQ470和MAQ430號分別作為MA702 MA702 MA702 MA702和MA302 MA302 12位角度傳感器的AECQ Grade-1版本。這兩款產(chǎn)品能夠在-40°C至+ 125°C溫度內(nèi)工作，適用于車輛應(yīng)用中的駕駛室和車身傳感電子設(shè)備。典型應(yīng)用包括信息娛樂控制、HVAC襟翼角度控制和彈出門把手。

最后，針對簡單的旋轉(zhuǎn)用戶界面應(yīng)用，性價比高的8位MA8xx系列產(chǎn)品可代替機械旋轉(zhuǎn)開關(guān)或電位器。它們還具有瑪格阿爾法磁場閾值檢測功能，可以在旋鈕設(shè)計中實現(xiàn)按鈕動作。

所有瑪格阿爾法傳感器均采用節(jié)省空間的3毫米x3毫米 QFN封裝（除了MA781采用2毫米x2毫米口徑封裝），采用3.3V電源供電。電流消耗通常在10mA至13mA范圍內(nèi)，新品低功率產(chǎn)品MA780和MA781可實現(xiàn)微安級的平均電流。

責(zé)任編輯：彭菁