十八般武藝各顯身手，獨(dú)家技術(shù)下特色各異的角度傳感器

對(duì)于電機(jī)來說，要實(shí)現(xiàn)更好的控制效果，可以從三個(gè)方向下手，位置控制、速度控制和力矩控制。為了實(shí)現(xiàn)更好的位置控制，那就離不開傳感器。角度傳感器就是其中一種應(yīng)用廣泛的傳感器。

角度傳感器，又或者說角度編碼器，可以通過軸的旋轉(zhuǎn)來切割光柵實(shí)現(xiàn)測量，或者通過磁場來檢測角度變化。不管是基于哪種技術(shù)方案，做角度傳感器的廠家一般都有著自家獨(dú)門的技術(shù)。從技術(shù)上來說，不同技術(shù)手段并沒有高下之分，但不同技術(shù)打磨出的產(chǎn)品自然會(huì)有著不一樣的特點(diǎn)，發(fā)揮特長的側(cè)重點(diǎn)也會(huì)不一樣，那這些特點(diǎn)究竟有哪些不同？

TDK TMR角度傳感器

TDK在TMR技術(shù)上的領(lǐng)先在全球范圍內(nèi)都是名列前茅的，這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜且工藝要求和成本都很高的傳感器具有磁電阻效應(yīng)大、磁場靈敏度高等獨(dú)特優(yōu)勢。TDK通過TMR技術(shù)，成功開發(fā)了耐噪音能力強(qiáng)，且擁有高輸出、角度精度優(yōu)異特點(diǎn)的傳感器。這些溫度特性良好、穩(wěn)定性優(yōu)異的角度傳感器在車載應(yīng)用用途廣泛。

TAA和TAB系列就是TDK基于TMR技術(shù)的角度傳感系列，它們能夠測量360°的角度，能在最廣泛溫度和磁場變化范圍內(nèi)保持高精度和穩(wěn)定性。整個(gè)系列結(jié)合在MCU中運(yùn)行的簡單算法，能補(bǔ)償剩余非常低的角度誤差，并允許在整個(gè)磁場范圍內(nèi)操作，而角精度沒有任何改變。

以TAB4140-BAAB為例，－40℃到150℃的工作溫度是此類傳感器溫度覆蓋最高的。標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)20mT到80mT，拓展范圍內(nèi)80mT到120mT的磁場覆蓋也足夠?qū)?。在所有?biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，這個(gè)系列能做到最大±0.43°的精度。成熟的TMR技術(shù)運(yùn)用的確帶來了更快速地響應(yīng)和更高的精度。

如果說基于TMR的大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度以及高精度的角度傳感有什么缺點(diǎn)，那就是會(huì)稍微貴一點(diǎn)。

多維 TMR磁性角度傳感器

多維科技是國內(nèi)最早開始TMR技術(shù)研發(fā)的公司，通過引入國外先進(jìn)技術(shù)打破TMR芯片的國外壟斷。

上圖是TMR3004系列，是多維磁性角度傳感器系列中精度較高的系列。說是較高，其實(shí)在和TDK的系列比還是稍遜一些，±1.5°的誤差是多維角度傳感的最小誤差，但和其他掌握TMR技術(shù)的廠商比還有很大進(jìn)步空間。TMR3004 采用兩個(gè)獨(dú)特的推挽式惠斯通電橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)惠斯通電橋包含四個(gè)高靈敏度TMR傳感元件，這種結(jié)構(gòu)有效地補(bǔ)償了傳感器的溫度漂移。

極寬的工作場范圍、最高的空氣間隙不敏感性以及優(yōu)異的抗環(huán)境磁場干擾能力是這個(gè)系列的亮點(diǎn)。但要說最大的特點(diǎn)，那就是其輸出信號(hào)極大，大到不需要信號(hào)放大處理電路。這是因?yàn)閮蓚€(gè)獨(dú)特電橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得其輸出信號(hào)的最佳峰值可達(dá)工作電壓的90%。如果說高精度、快速響應(yīng)，寬覆蓋范圍是TMR技術(shù)的固有優(yōu)勢，那么做出自己的大輸出信號(hào)和特色電橋結(jié)構(gòu)則是大技術(shù)框架下的自家特色。

MPS電磁角傳感器

上面兩家都是基于TMR來做的，但掌握TMR技術(shù)的公司畢竟是少數(shù)。MPS電磁角傳感器MagAlpha使用的是一種區(qū)別于普通電磁感應(yīng)技術(shù)的全新測量方法。從表現(xiàn)出的性能來看，低延遲是該技術(shù)的其中一大特點(diǎn)，角度傳感轉(zhuǎn)速可以高達(dá)100K/min。同時(shí)MagAlpha傳感器采用獨(dú)家的SpinAxis TM Hall測量技術(shù)，能提供數(shù)字化瞬時(shí)角度位置。SpinAxisTM采用一種相位檢測方法，避免了傳統(tǒng)技術(shù)中所需要的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換或者復(fù)雜的角度計(jì)算。

上圖中的MAQ473是一款帶ABZ增量和PWM輸出的9位至14位MagAlpha汽車級(jí)角度傳感器，依然采用了現(xiàn)在最常見的非接觸式傳感。我們可以從其中窺見MPS在角傳感器上的獨(dú)到之處。作為一款9至14的高分辨率產(chǎn)品，其快速數(shù)據(jù)采集和處理能力可以提供0至60,000轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速的精確角度測量。

集ABZ增量和PWM輸出于一身的角度傳感器的確不算常見，MAQ473保證了每圈1-1024可編程脈沖的增量12位ABZ正交編碼器接口與14位PWM輸出，帶奇偶校驗(yàn)位的SPI串行接口用于角度讀取和其他芯片配置。MAQ473可支持的磁場強(qiáng)度范圍和尺寸配置也十分寬泛，支持同軸和離軸兩種模式。3mmx3mm的小封裝加上12mA電流在功耗上也容易讓汽車廠商接受。這么看來，低延遲、電磁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和低功率是MPS在MagAlpha系列主打的三大特點(diǎn)。

小結(jié)

不難看出，每家做角度傳感的廠商都有著自己的絕活，不管基于何種技術(shù)方案，都做出了自己的風(fēng)格特色。不同技術(shù)手段并沒有高下之分，這些不同技術(shù)打磨出的有著不同特點(diǎn)的產(chǎn)品可謂是“百花齊放”，著實(shí)讓人眼前一亮。