AN-1314:AMR 角度传感器 (Rev. 0)

AN-1314
应用笔记
One Technology Way • P.O. Box 9106 • Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. • Tel: 781.329.4700 • Fax: 781.461.3113 • www.analog.com
AMR角度传感器
作者:Robert Guyol
简介
料的电阻变化在两个相反磁场方向下是相等的,即是说,
在当今的位置检测技术中,各向异性磁阻(AMR)薄膜材料
传感器本身无法区分北磁极和南磁极。因此,对应单个旋
变得日益重要。相比传统技术,磁阻(MR)位置测量具有多
转偶极磁体的输出信息会在整个机械旋转过程中重复两
种优势。可靠性、精度和整体鲁棒性是推动磁阻检测技术
次。这种效应使测量范围限制到180°。电阻变化可由下式
快速发展的主要因素。低成本、相对较小的尺寸、非接触
来模拟:
R = R0 + ΔR0cos2(α)
式操作、宽温度范围、对灰尘和光的不敏感性、宽磁场范
其中:
围,这些特性共同造就出一种鲁棒的传感器设计。
MR效应指某种材料随外加磁场的方向或幅度而改变其电
阻的能力。AMR材料有两个不同的操作区间,即高场强区
R为传感器电阻。
R0为未激励传感器电阻。
和低场强区。本应用笔记将讨论高场强应用,当外加磁场
ΔR0为传感器电阻的变化。
远远大于传感器的内部磁场时,我们就说该传感器处于饱
一般地,对于AMR传感器来说,ΔR 0 约为电桥总电阻的
和工作状态。在这种工作模式下,电阻的改变仅仅取决于
3%。由于电阻变化极小,因此,需要用一个仪表放大器,
磁场方向而非施加的磁场强度。受AMR薄膜性质影响,材
把输出信号进一步放大到相对于电源电压的可用值。
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AN-1314
目录
简介..................................................................................................... 1
选择磁体时的考虑因素.................................................................. 4
修订历史 ............................................................................................ 2
磁体与传感器的关系 ...................................................................... 5
磁体配置 ............................................................................................ 3
对齐误差和气隙测量 ...................................................................... 6
线性..................................................................................................... 3
诊断..................................................................................................... 7
离轴..................................................................................................... 3
误差源 ................................................................................................ 9
轴尾..................................................................................................... 3
校准程序 ............................................................................................ 9
电桥配置 ............................................................................................ 3
布局建议和磁场干扰 .................................................................... 10
AMR传感器元件.............................................................................. 4
VTEMP输出 .................................................................................... 10
磁角与机械角 ................................................................................... 4
修订历史
2014年10月—修订版0:初始版
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AN-1314
磁体配置
轴尾
AMR技术可以用来检测线性位置和旋转位置。有多种不同
本应用笔记讨论的主要测量配置方式是一种简单的磁体配
类型的磁体配置可与AMR角度传感器配合使用,包括线
置,通常称为轴尾配置。在轴尾磁体配置中,一个已经径
性、离轴、轴尾等配置方式。
向磁化的偶极磁体位于旋转轴的尾部。传感器位于旋转轴
和磁体的下方。在该机械设置中,径向磁体的北极和南极
线性
对于线性应用,磁体必须与传感器位于同一平面,如图1
所示。磁体的红边和蓝边表示北极和南极的定向。该定向
是可以互换的,因为AMR传感器不区分北极和南极。为了
在磁体中心上方形成一个均强磁场。随着磁体和轴旋转,
磁场也开始旋转。传感器如此放置是为了均强磁场始终与
检测元件处于同一平面。图3所示为轴尾磁体配置。
从AMR传感器获得最佳线性响应,传感器的中心和磁体的
12487-101
12487-001
中心彼此相距距离必须等于磁体长度的一半。
图3. 轴尾磁体配置
轴尾磁体配置非常适合无刷直流电机定位和控制。对于
图1. 线性磁体配置
ADA4571或任何180°角度传感器,所使用的无刷直流电机
离轴
旋转测量的一种磁体配置是使用一个磁极环。图2所示为
理想的磁极环。彩色区域表示AMR传感器感知到的外磁场
必须是一个偶对极电机,因为奇对极电机需要完全的360°
位置信息。
定向。类似于线性测量,要获得线性响应,磁极环必须与
多数闭环无刷直流电机控制使用霍尔传感器来提供转子位
传感器处于同一平面,并且二者间的距离为磁极长度的一
置反馈,用以确定线圈换向的正确位置。这些传感器的精
半。在整个机械旋转过程中,这类磁体配置下的传感器响
度各不相同,但一般都在5°至10°之间。为了实现更平滑、
应将重复多次,重复次数与磁极数量相等。对于图2中的
更高效的电机响应,减少扭矩波动,需要更精确的电机角
磁极环,共有5个北极和5个南极,传感器可以感知到10个
度 信 息 。 ADI公 司 的 AMR传 感 器 的 机 械 精 度 典 型 值 为
磁极。对于图中所示磁极环,每旋转一次,AMR传感器输
±0.1°,最大值为±0.5°。通过更加传统的增量编码器,也可
出就会重复10次,因此,可以提供36°的绝对信息。
使精度达到这一水平。然而,在启动、卡止错误和环境影
响时对于增量编码器来说问题表现地更加突出。ADI AMR
传感器可提供启动或卡止条件下的绝对位置信息,而不受
电机位置影响。借助这个绝对位置信息,可以更好地控制
扭矩,使电机启动时更加平顺,还能提高电机启动效率和
卡止时的性能。
电桥配置
ADI AMR传感器采用惠斯登电桥配置,与单一阻性元件相
12487-102
比,它支持更宽的输出电压摆幅,还能抑制较大的直流失
图2. 离轴磁体配置
调。当以差分方式测量单电桥对应单偶极磁体旋转时的输
出,则只能获得90°的可用范围。单电桥元件在单偶极磁体
360°机械旋转过程中的输出波形如图4所示。请注意,对于
每个电压输出水平,都有四个可能的机械位置。
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AN-1314
AMR传感器元件
5
AMR检测元件的布局决定着器件的最终性能。ADI采用的
AMPLITUDE (V)
4
是Sensitec GmbH提供的AMR技术,后者是广受认可、处于
行业领先地位的MR传感器制造商。ADI产品中采用的Sensitec
3
AMR传感器运用了PERFECTWAVE®技术。PERFECTWAVE
传感器运用弧形传感器元件来减少高阶谐波,提高精度。
2
1
0
90
180
270
360
MECHANICAL ANGLE (Degrees)
磁角与机械角
12487-002
0
对于AMR技术来说,必须了解两种不同的角度度量体系:
图4. 单电桥输出
磁角和机械角。受AMR技术性质的影响,ADA4571是一款
把两个检测元件放置在同一管芯上,且相互呈45°旋转角,
面向单偶极磁体的180°机械角度传感器。由于两个相互旋转
这样,传感器就可以用作完整的180°范围的测量。图5所示
45°的AMR电桥的输出信号为正弦曲线,相对相移为90°,
为两个电桥的简化电路图。
因此,180°的绝对角度可以通过计算arctangent2获得。
α=0
α
V 
arctan 2 SIN 
 VCOS 
α=
2
通过arctangent2计算获取的信息在360°范围内会重复两次
DIRECTION OF
MAGNETIC FIELD
(单偶极磁体)或更多次(多极对磁体)。图7所示为单偶极磁
体在计算arctangent2之后的输出波形示例。
12487-003
CALCULATED ANGLE (Degrees)
360
图5. 双路惠斯登电桥传感器的简化电路图
AMR传感器无论是朝向磁北极还是磁南极,其输出都是相
同的。因此,当差分监测来自相应的惠斯登电桥的各个通
道信号时,只需相对旋转45°即可在两个正弦输出之间形成
一个90°的相移。图6所示为偶极磁体配置中,两个AMR电
MAGNETIC
MECHANICAL
270
180
90
0
5
0
90
180
270
MECHANICAL ANGLE (Degrees)
360
12487-006
桥在整个机械旋转中的两路输出。
图7. 磁角与机械角
4
中,绝对电压和绝对磁场强度都不重要,因此,与竞争角
3
度传感器技术相比,这些传感器对磁场强度和电压幅值变
2
化及漂移都不敏感。
选择磁体时的考虑因素
1
在使用AMR传感器时,需要为传感器配上合适的磁体,才
0
0
90
180
270
MECHANICAL ANGLE (Degrees)
360
12487-004
AMPLITUDE (V)
完成arctangent2计算即生成线性角度响应。在磁角的计算
能取得最佳性能。由于其方向取决于磁场,所以使用的磁
体必须径向磁化而非轴向磁化。图8所示即为这样的磁体。
图6. 双电桥输出
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AN-1314
磁体蓝色和红色区域表示北极和南极。磁场线从磁体北极
存在较高阶的谐波。ADI产品中使用的Sensitec AMR传感器
向南极运动。在磁体上方(如果是轴尾配置,必须把AMR
采用弧形结构,可减少许多其他传感器中存在的四阶谐波,
传感器置于此处,如图3所示),磁场线分布均匀于传感器
如此,即可在较低的磁场强度条件下实现类似的性能。
所在平面。
ADA4571中采用的AMR检测元件的最小工作磁场强度为
25 kA/m。低于此值也可工作,但结果会导致精度下降。较
高的磁场强度可以提高精度,而且不会损坏器件。受AMR
传感器磁场方向测量的影响,与磁通量测量不同,如果磁场
强度具有较大的温度系数,结果仍是可以接受的,同时依
旧能达到器件规定的误差规范。然而,在选择磁体时必须
确保,要充分考虑极端工作温度条件下的磁场强度下降问
12487-007
题。该下降幅度可以用额定磁场强度和温度系数来计算。
磁体与传感器的关系
机械对齐对于最大限度地提高AMR传感器的性能至关重
图8. 磁偶极定向
一般地,AMR传感器要搭配稀土磁体使用,因为后者具有
较高的磁能重量比。然而,只要能达到传感器的最小饱和
磁场强度要求,也可以使用成本较低的铁氧体磁铁。但
是,对于高性能和高温应用来说,如果使用稀土磁体,性
能会得到提升,因为AMR传感器可以感知到更高的磁场强
度。较高的磁场强度也有助于降低杂散磁场对传感器精度
的影响。
格控制磁体与传感器之间的x-y对齐容差,使传感器感知到
的磁场方向符合要求。传感器中心与磁体中心的物理对齐
误差会给整个系统带来误差,该误差取决于传感器位置周
围磁场的大小和一致性。在ADA4571 8引脚SOIC封装中,磁
体传感器中心位于封装中心引脚2和引脚7的上沿之间。封
装过程中,该额定位置各个方向上的位置精度在±50 µm之
内。有关具体的对齐图,请参阅ADA4571数据手册。受控
用于制造稀土永磁体的两种最常见的材料是钕(NdFeB)和
钐钴(SmCo)。表1所示为两种不同磁性材料的比较情况,
列出了各自的主要优势。这两种磁性材料都有多个不同的
等级,因此,表中只是粗略比较。对于具体特性,必须分
开考察每个等级的材料。磁性材料的等级表示材料的磁能
积,单位为百万高斯-奥斯特(MGOe)。该值等于具体磁性
材料BH曲线的最大值。一般地,MGOe两倍的材料,其拉
拔强度为同样大小的磁体的两倍。
NdFeB
中
高
80°C至180°C
−0.08 %/K至−0.13 %/K
镍(典型)
轴尾系统的磁体轴中心必须与磁传感器中心在一直线上。
气隙或z向间距对于AMR传感器的性能也很重要。虽然在
绝对对齐中不如x-y相对位置重要,但也必须了解气隙参
数,才能使传感器性能最大化。为了实现AMR传感器的额
定性能,磁激励在设计时必须考虑至少提供传感器要求的
最小磁场强度。 ADA4571要求的磁场强度为25 kA/m。提
高传感器所感知的磁场强度的一种方法是减小工作气隙。
然而,要特别注意,减小与磁体的距离不一定能提高器件
表1. NdFeB和SmCo磁性材料比较
参数
价格
磁场强度
最高温度
温度系数
腐蚀防护
要。在设计物理系统时,必须记住几个关键参数。必须严
SmCo
高
中到高
160°C至300°C
−0.03 %/K至−0.04 %/K
不需要
的性能。在接近磁体表面的地方,磁场强度变得不均匀。
对气隙不敏感,这是AMR技术的一个重要特性。只要传感
器在激励磁场下进入完全饱和状态,从该传感器获取到的
角度信息就不会随磁场强度而变化。这意味着,因振动、
应力或全寿命机械漂移导致z方向的较小位移对角度精度
对于AMR技术,强度较高的磁体,其性能始终优于强度较
的影响非常小。位移容差量取决于磁体材料和几何尺寸,
低的磁体。
但范围可能达到几毫米到一厘米,甚至更多。
增加AMR传感器元件可以感知到的磁场强度,可以提高器
件性能。因为器件存在的物理限制,所有AMR传感器中都
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AN-1314
对齐误差和气隙测量
明不同磁场强度的影响。市场上也有能量等级各异的不同
以下各节将展示不同磁体尺寸、强度、气隙和对齐误差条
NdFeB和SmCo磁性材料。
件下的测量结果。同时还用描述的方法测试了其他磁体。
在图10和图11中,色标指以度为单位的角度误差。在这些
欲了解如何针对具体应用选择磁体,请联系ADI公司。
示意图中,最小角度误差位于示意图的中心,即磁体与传
测量设置
感器完美对齐时,其值为0.07°。
1.0
把每个磁体装在一个无槽、无刷直流电机上,并以3000 rpm
2.5
0.8
的恒定转速转动。
2.0
用于相对于传感器的x向位移,一个用于y向位移。图9所
示为x和y位移的规定方向。
Y
45
Y ALIGNMENT (mm)
0.6
电机装在一个带有两个线性执行机构的位移平台上,一个
0.4
1.5
0.2
0
1.0
–0.2
–0.4
0.5
–0.6
PD
VCOS 2
7
VDD
GND 3
6
GND
VSIN
5
VTEMP
0.8
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–1.0
0
X ALIGNMENT (mm)
12487-009
4
–1.0
1.0
X
图10. SmCo (32MGOe)(气隙:1 mm)
1.0
图9. 相对于ADA4571封装的规定对齐方向
0.8
z向间距(从传感器到磁体的气隙)在测量期间固定不变。图中
传感器距离封装顶部0.38 mm(额定值),容差为±0.025 mm。
把该距离值与气隙测量结果相加,即可得到从ADA4571封
装中AMR传感器管芯到磁体的距离。
0.6
Y ALIGNMENT (mm)
显示的每次测量的气隙指从磁体到封装顶部的距离。AMR
2.5
两个线性执行机构以50 μm的增量移动,以覆盖2 mm × 2 mm
2.0
0.4
1.5
0.2
0
1.0
–0.2
–0.4
0.5
–0.6
的整个方形,即每个方向各距AMR传感器中心1 mm。用这
–0.8
种方法测试得到的最大径向对齐误差是1.4 mm,位于扫描
–1.0
1.0
范围的角落处。
0.8
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
X ALIGNMENT (mm)
注意,所有结果均经数字滤波和升采样处理,以使示意图
看起来更加平滑。绝对误差值保持不变。
–1.0
0
12487-011
8
12487-010
–0.8
GC 1
图11. NdFeB (35 MGOe)(气隙:1 mm)
由于NdFeB磁体的磁场强度更大,因此,与SmCo磁体相
比,这种磁体能在离磁体位置更大的位移范围内,保持更好
磁场强度研究
的性能。在1 mm气隙条件下,这两种磁体在传感器元件处
表2. 用于比较1的磁体尺寸
的有效磁场强度约为60 kA/m(NdFeB磁体)和50 kA/m(SmCo磁
参数
直径
厚度
NdFeB (35 MGOe)
6 mm
3 mm
SmCo (32 MGOe)
6 mm
3 mm
体)。下一节将考察一种尺寸更大、能量等级更低的磁体。
能量等级较低的大磁体
为了研究不同磁场强度对对齐误差的影响,我们选择了两个
表3. 用于比较2的磁体尺寸
磁体。二者直径均为6 mm,厚3 mm。一个磁体为NdFeB,
参数
直径
厚度
能量等级为35 MGOe,另一个磁体为SmCo,能量等级为
32 MGOe。选择SmCo磁体而放弃NdFeB磁体的其他原因包
括:SmCo具有更高的温度等级,温度系数也比较低。这
些因素在高温应用中更加重要。我们以所选磁体为例,说
SmCo (24 MGOe)
10 mm
5 mm
我们在2 mm、4 mm和6 mm气隙条件下分别测试了表3中描
述的SmCO磁体,如表4所示,其中还列出了最小和最大报
告误差(示意图的中心和边沿)。
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AN-1314
诊断
表4. 比较2的最小和最大误差
2 mm
0.0774
0.6118
60
参数
最小误差
最大误差 (对齐误差:1.4 mm)
近似磁场强度(kA/m)
4 mm
0.1002
0.7522
35
6 mm
0.1477
0.7074
20
在图12至图14中,色标指以度为单位的角度误差。这些示
意图的最大角度误差为0.8°。
在AMR传感器处,磁场强度要低许多,尤其是在6 mm处。
根据设计,该磁体能在3 mm条件下提供25 kA/m的磁场强度。
1.0
置中,磁场强度必须在整个机械旋转过程中保持均匀。该
磁场的强度必须超过25 kA/m,才能使传感器完全饱和,以
克服其内部磁化效应。在达到该条件的基础上,必须使正
出同步性影响,在恒定温度条件下,半径保持不变。半径
可用下式计算:
0.8
0.7
当半径VRAD由外部处理器或电子控制单元(ECU)监控时,
0.6
0.6
如果相对于额定半径出现任何显著偏差,就表示系统出现
0.5
了故障。实时机械故障和对齐误差以及磁场强度下降等情
0.4
况,都可以通过计算该半径来监控。
0.3
根据ADA4571增益控制引脚(GC)的配置,允许的输出半径
0.2
以下列值为边界。该范围在图15和图16中表示为阴影区
0.1
域。图中同时给出了−40°C、+25°C、+125°C和+150°C条件
0
下的典型VRAD值。最小值和最大值见ADA4571数据手册。
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–1.0
X ALIGNMENT (mm)
监控器件处的温度可以进一步收窄该允许范围。
图12. SmCo (24MGOe)(气隙:2 mm)
1.0
0.8
0.5
VSIN MAGNITUDE (%VDD)
Y ALIGNMENT (mm)
0.6
0.4
0.2
0.4
0
–0.2
0.3
–0.4
0.2
–0.6
–1.0
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–1.0
0
X ALIGNMENT (mm)
12487-013
0.1
–0.8
图13. SmCo (24MGOe)(气隙:4 mm)
1.0
0.8
0.7
0.4
0
0.3
–0.4
0.2
–0.6
0.1
–0.8
0.8
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
X ALIGNMENT (mm)
–1.0
0
图14. SmCo (24MGOe)(气隙:6 mm)
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VCOS
30
25
20
15
10
5
图15. 启用GC时的有界半径
0.4
–0.2
VCOS
45
40
35
GC ON
0.5
0.2
VRAD
VCOS MAGNITUDE (%VDD)
0.6
12487-017
Y ALIGNMENT (mm)
60
55
50
0
0.6
–1.0
1.0
75
70
65
0
5
10
0.8
+150°C
+125°C
+25°C
–40°C
95
90
85
80
0.7
0.6
VSIN
100
0.8
12487-015
0.8
VSIN
–0.8
12487-012
–0.6
65
70
75
80
–0.4
50
55
60
0
–0.2
30
35
40
45
0.2
85
90
95
100
0.4
15
20
25
0.8
Y ALIGNMENT (mm)
统正常运行,也/或有利于监控系统性能。在轴尾或离轴配
弦通道和余弦通道的输出幅度同步,相位差为90°。受此输
在这些示意图中心,最小误差增大,如表4所示,其原因是
–1.0
1.0
对于监控ADA4571而言,多种后期处理诊断有助于确保系
VSIN
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
图18所示为一个对齐良好的传感器的FFT。图19所示为一
+150°C
+125°C
+25°C
–40°C
个与磁体中心对齐误差为1 mm的传感器的FFT。图20所示为
一个未饱和、大气隙传感器的FFT,其激励强度为10 kA/m。
注意,在对齐误差和未饱和传感器图中,测得的噪底增加
了。对于未饱和传感器,在系统中,高阶谐波占据明显优
VSIN
VRAD
势。这些谐波是导致传感器精度下降的主要原因。
VCOS
VCOS
100000
10000
MAGNITUDE
1000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
VSIN MAGNITUDE (%VDD)
AN-1314
10
12487-016
VCOS MAGNITUDE (%VDD)
GC OFF
100
1
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
12487-019
0.1
虽然正弦和余弦信号的幅度很大程度上独立于磁场强度,
800
900
1000
12487-020
图16. 关闭GC时的有界半径
900
1000
FREQUENCY
但是相比饱和传感器,未饱和传感器的输出幅度开始表现
图18. 对齐良好的传感器FFT
出下降迹象。
100000
下面的半径和快速傅里叶变换(FFT)图(图17至图20)是用前
10000
面讨论的SmCo磁体(直径为10 mm,厚度为5 mm)测试所得。
传感器以5 V电源供电,并保持在室温下。
图17所示为一个饱和传感器和一个未饱和传感器的半径
图,分别以40 kA/m和10 kA/m激励。
MAGNITUDE
1000
100
10
5.0
4.5
1
4.0
0.1
3.5
0
100
200
300
400
500
600
700
FREQUENCY
图19. 存在对齐误差的传感器FFT
100000
2.5
2.0
10000
1.5
MAGNITUDE
1000
1.0
0.5
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
VCOS
3.5
4.0
4.5
5.0
100
10
12487-018
0
UNSATURATED
SATURATED
1
图17. 未饱和与饱和传感器的半径
正弦和余弦输出信号的FFT是一个强大的工具,可以用来
考察传感器的性能,也可用于排查整个系统的故障。
0.1
0
100
200
300
400
500
600
700
FREQUENCY
图20. 未饱和传感器的FFT
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800
12487-021
VSIN
3.0
AN-1314
误差源
过求出在多次全机械旋转下获得的过去采样值的平均值,
为了尽量减小传感器的角度误差,有必要了解导致误差的
也可以得到准确的失调值。每个通道的失调并不相同,必
不同原因及其校准方式。
须分开存储。
失调误差
在获取到每个通道的失调时,控制器必须从各个通道减去
传感器失调导致的误差是造成系统误差的罪魁祸首。然
相应的失调,然后计算arctangent2从器件获得角度信息。
而,经适当校准后(见“校准程序”部分),失调误差可以降
至接近零的水平。
ECU/MICRO
COS SINE
VOS VOS
幅度同步误差
弦通道布局都必须仔细考量,以确保获得良好的匹配性
能。作为结果,ADA4571上因幅度同步导致的误差可以忽
略不计,无需对幅度失配误差进行校正。
SINE
OUTPUT
COS
OUTPUT
–
ArcTangent
(CORDIC)
PHASE/SPEED
CORRECTION
CALCULATED
ANGLE
–
12487-022
对于ADA4571,针对检测元件和信号调理电路的正弦和余
图21. 动态校准流程图
相位误差
由于两个AMR惠斯登电桥在单个芯片上的生产布局,正弦
通道与余弦通道之间的内在相位误差可以忽略不计。然
而,如果输出信号用多路复用模数转换器(ADC)而没有进
行同步采样,结果就会引入相位误差。在较高的磁场旋转
速度下,异步采样导致的误差更大,因为采样之间的相位
滞后变大了。建议用两个独立的ADC,或者一个多路复用
单点校准可用于自由运转应用,也可用于静态应用。这种
应用下,角度测量值移动范围不会达到一整个机械旋转。
要在360°范围内实施单点校准,必须捕捉偶数次电气旋转
来抽取精确的失调值。对于180°位移应用,只能捕捉到一
次电气旋转用于抽取精确的失调值。把每个输出通道的相
关失调信息保存在控制器中,以便进行失调补偿。
ADC配合两个同步跟踪保持放大器,对正弦和余弦输出同
无论用哪种方法捕捉失调值,我们都建议在计算失调时,
步采样,防止相位滞后导致误差。采样相位误差的大小直
至少使用两次完全的机械旋转。然后,从信号输出中减去
接关系到计算得到的电气误差的大小。
该失调值,再恢复角度信息。虽然单点初始校准有助于减
少失调导致的角度误差,但应尽量采用动态校准以最大限
校准程序
度地减少传感器误差。动态校准有助于应对AMR传感器内
为了使ADA4571达到最佳性能,要求执行一次校准程序。
在与温度相关的失调漂移问题。
根据关于磁体-传感器对齐和气隙距离的建议,把机械容差
AVERAGE PAST
SINE VALUES
固定下来,并尽量对齐机械设置。一旦系统设置完毕,传
AVERAGE PAST
COS VALUES
感器的失调和失调漂移就成为角度误差的主要来源。可以
实施两种不同的校准:动态校准或单点校准。相比单点校
COS SINE
VOS VOS
准,虽然动态校准得到更小的角度误差,但要求进行更多
ECU/MICRO
的实时处理。
式下,可以连续监控失调,以校准ADA4571,消除系统寿
SINE
OUTPUT
COS
OUTPUT
命周期和系统温度范围内的失调和失调漂移可能导致的误
差。有多种方法可以从传感器输出信号获取失调信息。从
整体波形中获取最大值和最小值可以准确地表现失调。通
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–
ArcTangent
(CORDIC)
PHASE/SPEED
CORRECTION
–
图22. 单点校准流程图
CALCULATED
ANGLE
12487-023
动态校准只能在360°连续或自由运转应用中执行。在该模
AN-1314
布局建议和磁场干扰
VTEMP输出
鉴于磁性检测应用的性质,在接近传感器处使用的材料必
ADA4571有一个片内粗略温度传感器,可以用于诊断目
须为非铁质材料或非磁性材料。承载交流和直流大电流线
的。如果需要测量温度,必须在已知温度条件下对读数进
缆或走线也不得置于AMR传感器附近。根据楞次定律,任
行初始校准。可以运用下式,根据VTEMP引脚读数计算温
何承载大电流的线缆或走线都可能造成磁场干扰,结果可
度信息:
能干扰扭曲所检测的磁场方向,给系统带来更多误差。随
着远离磁体,磁场强度呈三次方下降。由于存在这种立方
TVTEMP
关系,所以,承载大电流线缆与传感器之间增加任何额外

 VTEMP
   VCAL

VDD  –  
VDD  – TCAL × TCO 

=
TC VTEMP
间距,结果都会使传感器周围的杂散磁场量大幅减少。
其中:
如果大电流必须位于传感器附近,则可通过几种方法来减
TVTEMP为根据VTEMP输出电压计算出的温度(°C)。
少干扰。采取磁屏蔽措施,在传感器周围设置导磁性材料
(如钢),有助于使磁传感器和激励源与外部环境隔离开
来。采用强度较高的磁体也有助于减小干扰磁场的影响。
VTEMP是工作期间的VTEMP输出电压。
VDD是电源电压。
VCAL是在受控温度下校准期间的VTEMP输出电压。
TCAL是校准期间的受控温度。
TCO为内部电路的温度系数
TCVTEMP为VTEMP读数的线性温度系数。
为了提高精度,建议使VDD在初始已知温度校准时和工作
时之间保持一致。TC VTEMP 为VTEMP读数的线性温度系
数。TCVTEMP随所用电源电压而变化,当TC = 3.173 mV/V/C
时,典型的TVTEMP精度为±5°C。无论是否使用,必须用一
个22 nF电容接地,以达到电磁干扰(EMI)要求。
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