英飛凌TLV493D 3D傳感器提供高度三維檢測

市場上的開發(fā)人員套件雖能以磁傳感器設計產品，費用卻相當昂貴，其500歐元的價格甚至未能涵蓋必備的磁鐵/傳感器。有鑒于此，已有廠商現(xiàn)正推出各式設計套件，價格約落在每件20歐元，有助于輕松評估磁傳感器。開發(fā)人員必須判定所選的磁傳感器是否在設計初期即可達到效能需求。為達成此目標，他們需要更快速、更簡單的效能檢測。下一步是針對不同設計參數(shù)定義工作范圍。必備的磁鐵也需要運作。最終步驟則是確保磁傳感器能實際投入制造。多樣評估套件如英飛凌（Infineon）旗下的“3D Magnetic Sensor 2Go”、“Current Sensor 2Go”、“Speed Sensor 2Go”等，旨在使開發(fā)人員了解傳感器于設計時間初期的個別應用，并幫助其輕松進入設計時間。該公司的評估套件目前支持用于三維位置檢測的3D “TLV493D”磁傳感器，以及“TLI4970”電流傳感器、“TLE4922”速度傳感器。

三維檢測更精準

TLV493D 3D磁傳感器（圖1）測量x、y和z方向的磁場，并檢測三維、線性和旋轉動作，展現(xiàn)其廣泛的適用范圍涵蓋汽車、工業(yè)和消費性應用。

圖1 英飛凌TLV493D 3D傳感器提供高度三維檢測

可能的應用包含游戲桿和控制組件，例如家電和多功能按鈕、電流表的防篡改功能，或是其他需要精準位置測量和/或低電流功耗的應用。 例如，TLV493D-A1B6采用TSOP-6封裝，尺寸為2.9mm x 1.6mm。

此作法是在傳感器芯片上整合垂直及水平霍爾傳感器而成。 垂直霍爾傳感器檢測平面方向的x及y場分量，水平霍爾傳感器則檢測垂直方向的z場分量。

英飛凌使用包含節(jié)電振蕩器在內的各種技術，將傳感器的電流功耗降至僅幾微安培。 傳感器具備數(shù)字輸出功能，使用快速雙線I2C標準接口，可通過總線模式在傳感器及微控制器之間進行雙向通信?！?D Magnetic Sensor 2Go”設計套件（圖2）提供配備3D磁傳感器的評估板，并搭載ARM Cortex-M0處理器的XMC1000型微控制器，可將設計整合至此傳感器。該套件具備所有組件及功能，足以提供高效率的設計支持，并且內含除錯器。XMC4200微控制器也提供了除錯和USB通信，并通過Micro USB連接器提供與圖形用戶接口（GUI）的電力與通信。 評估板也含顯示供電和除錯狀態(tài)的LED、用戶可設定的LED、電壓控制器、反向電流二極管與ESD保護二極管。若是使用腳位接頭，亦可連接示波器或是外部微控制器。

封裝內也包含了單一磁鐵，能夠以手動的方式配置。 英飛凌也提供可安裝于評估板的磁鐵固定座。 如圖2顯示為兩種設計，為游戲桿和旋鈕。

圖2 3D Magnetic Sensor 2Go套件具備游戲桿或旋鈕的磁鐵固定座（轉接器）

特殊在線設計工具支持傳感器常見應用，如角度/線性位置測量及游戲桿（圖3）。 此工具為三項應用各提供預先定義或用戶自定義的磁鐵，可使用在線仿真工具定義磁鐵、磁鐵動作和傳感器的位置。傳感器檢測動作并輸出對應的信號。用戶可選擇角度測量動作，例如磁鐵旋轉、線性移動，亦包含游戲桿應用的特定動作，如3D磁鐵動作。

圖3 在線仿真工具可用于定義磁鐵、磁鐵動作與3D傳感器位置

此工具會自動為每個傳感器位置計算三個磁場方向。 此計算方式以用戶定義的傳感器組態(tài)為基礎，將傳感器和磁鐵的安裝公差列入考慮。

套件的軟件封裝也包含PC和韌體使用的圖形用戶接口，可儲存在通信用的閃存，與3D傳感器一同裝置于微控制器。Segger J-Link USB驅動器以評估板與PC相連接。

借由3D Magnetic Sensor 2Go，可調整各種操作模式，如x、y、z方向的測量更新率，也意味著電流功耗同樣可調整。

電流測量安全防護不可少

TLI4970是高精度電流傳感器，以英飛凌的霍爾效應技術為基礎，在一次側總線與二次側微控制器接口之間進行電流隔離（圖4）?！盁o芯”概念無磁通量集中器，在開放回路組態(tài)中可大幅縮小組件尺寸，這種架構也可避免產生遲滯效應。 全數(shù)字傳感器解決方案毋須外部校正或額外組件，如AD轉換器、運算放大器、電壓參考等，如此可簡化設計，降低PCB面積與成本。芯片采用類似QFN的小巧SMD封裝（7.0mm x 7.0mm），提供1.6%的過熱與使用壽命高準確度感測，以及最高75mA的偏移誤差。

圖4 英飛凌TLI4970霍爾電流傳感器結構

TLI4970具備過電流檢測，可自行設定臨界值與可程序濾波器，一般電流功耗為12mA。TLI4970配備的差動測量原則能防止外部磁場造成干擾，而傳感器采用獨立結構以測量溫度與機械壓力。

上述兩種參數(shù)在運作時采分別測量，組件因此得以永久有效偏移。 此為長期穩(wěn)定測量的基礎，同樣適用于有效、可靠、成本優(yōu)化的轉換器或驅動器。

TLI4970可測量最高+/-50A的交直流電，適用的裝置如太陽能轉換器、具備功率因子校正（PFC）的電源供應器、充電器或電子驅動器等。 非接觸式測量技術不會產生任何額外損耗，適用于低功率設計（Rp<0.6mΩ）。 由于采用整合式離散磁場抑制，此款傳感器對于外部磁場極不敏感。

除了提供精準的電流測量，也提供足夠的保護，可用于功率放大器等。 舉例而言，外部短路可能會觸發(fā)臨界過電流。 為確保延遲極為短暫，TLI4970提供平行訊號路徑，因此傳感器一般只需要1.8μs來檢測錯誤。 若要依據(jù)應用的需求微調過電流臨界值，系統(tǒng)開發(fā)人員可在傳感器中同時進行電流值與下行過濾的程序設計。 因總線整合至SMD封裝，傳感器可于提供時完全校正。 TLI4970是率先透過16位數(shù)字SPI接口傳送測量值的電流傳感器之一。 例如，此款傳感器整合差動放大器、濾波器及信號處理功能，并可在進行電流隔離時，同步測量最高600V的作業(yè)電壓與最高3,600V的測試電壓。

易用的設計套件適用于TLI4970電流傳感器以及Current Sensor 2GO（圖5），此款套件功能與3D Sensor 2GO套件相似，并包含以下功能：

圖5 Current Sensor 2Go套件

1. TLI4970-D050T4（配備數(shù)字接口的電流傳感器）2. XMC1100（配備ARM Cortex-M0）3. 內建J-Link Lite除錯器（以XMC4200微控制器為基礎）4. USB供電（MicroUSB）、ESD反向電流保護5. GUI霍爾傳感器精準測速

TLE4922霍爾傳感器通過測量磁場變化，可檢測鐵磁結構的動作與位置，此種結構可以是磁性編碼器車輪或鐵磁性齒輪。TLE4922可以通過回授偏壓組態(tài)使用簡易型、符合成本效益的磁鐵，同時更具備高氣隙效能和切換準確性。此款傳感器對震動和氣隙跳動極不敏感，可于最高8kHz的頻率范圍準確檢測速度。

TLE4922尤其適用于旋轉獨立安裝（TIM）組態(tài)，可取代汽車和兩輪車應用的被動式可變磁阻（VR）傳感器，更具備出色的抖動行為。

此外，傳感器提供對于短路、過熱和反向電壓的全方位保護功能，同時擁有良好的電磁兼容性（EMC）和ESD耐用性，適合在嚴苛環(huán)境下使用。 此款傳感器采用4腳位SSO-4-1封裝。

以TLE4922為基礎的各式應用可采取易用的Speed-Sensor-2GO套件（圖6）。 該套件內含傳感器（TLE4922-XAN）以及回授偏壓磁鐵（Bomatec鐵氧體磁鐵）。 PC可使用USB連接器輕松連接。 GUI型評估工具于實際應用時，可擷取并顯示數(shù)字與仿真的模擬數(shù)據(jù)作為參數(shù)功能，例如氣隙、溫度和頻率等。

圖6 Speed Sensor 2Go套件

套件采用TLE4922，可由內部連接至提供的模塊或其他由客戶組裝的模塊；也可作為制圖工具用于處理磁場。 內部架構對應至線性霍爾傳感器。 開發(fā)人員可使用TLE4922評估齒輪的模塊定位。

英飛凌除了提供用于檢測3D位置、電流、速度的設計套件外，未來也將提供適用于角度傳感器的相似評估解決方案，并以完整的文件和Arduino Shield提供設計支持。 在線仿真工具也有助于選擇適合不同類型應用的產品。 用戶選擇應用后，即可使用各種磁性與傳感器參數(shù)執(zhí)行計算，以仿真磁場。 此外，工具也可根據(jù)磁鐵及其殘留磁性判斷最佳氣隙。 至于角度傳感器，在線工具可依組裝公差判定最大角度誤差。