高集成、低功耗的3D霍爾磁性位置傳感器

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李誠）隨著各類智能終端應(yīng)用不斷向電氣化的轉(zhuǎn)變，使得市場對磁性位置傳感器需求的呼聲也愈發(fā)強烈，尤其是在汽車電子及工業(yè)自動化領(lǐng)域。3D霍爾磁性位置傳感器結(jié)合霍爾效應(yīng)可對X、Y、Z三個軸向的磁場分量進行測量，進而實現(xiàn)更高效、高精度的實時控制功能。

在汽車領(lǐng)域，3D霍爾磁性位置傳感器能為智能輔助駕駛系統(tǒng)提供更高精度的轉(zhuǎn)向、制動、變速箱和節(jié)氣門系統(tǒng)等，進行有關(guān)安全的關(guān)鍵性參數(shù)進行測量，保證汽車智能輔助駕駛系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，是汽車電氣化、智能化快速增長的一大關(guān)鍵。

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，3D霍爾磁性位置傳感器多用于工業(yè)機器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)向部分，為機器人提供高分辨率、高效的電機轉(zhuǎn)向反饋。隨著工業(yè)機器人功能的不斷強化和應(yīng)用場景的不斷拓展，機器人關(guān)節(jié)數(shù)量也在成倍地增加，對3D霍爾磁性位置傳感器用量的需求也在快速增長。

為加速終端應(yīng)用智能化的快速發(fā)展，TI、TDK等眾多企業(yè)相繼推出了滿足工業(yè)、汽車應(yīng)用要求的3D霍爾磁性位置傳感器，用于提高設(shè)備的實時控制能力和優(yōu)化系統(tǒng)效率。

TI首款高精度3D霍爾位置傳感器

此前，TI為助力工業(yè)智能化的發(fā)展，推出了一款專用于工業(yè)自動化應(yīng)用的3D霍爾磁性位置傳感器TMAG5170。雖說該傳感器是TI的首款3D霍爾位置傳感器，但在數(shù)據(jù)讀取精度、安全性與系統(tǒng)功耗方面與同類競品相比均有不小的提升。

TI為保證該傳感器在測量精度與電機運動速度方面的二者兼得，提高在實際應(yīng)用中的綜合性能，采用了高通量讀數(shù)和高精度線性測量的方法。通過二者的結(jié)合，即使在20ksps的高數(shù)據(jù)吞吐速率的情況下無需矯正也能保證其精度，無需額外的矯正以及誤差補償，有利于簡化電路的設(shè)計以及靈活性，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，縮短研發(fā)周期。在常溫條件下，線性測量最大誤差也僅有2.6%，與其他品牌同類產(chǎn)品相比總誤差值降低了約30%。

在工業(yè)應(yīng)用中，安全與效率是備受關(guān)注的一部分，為避免因3D霍爾位置傳感器的故障導(dǎo)致設(shè)備停機以及其他問題出現(xiàn)，造成一系列不必要的損失。TI在該傳感器中加入了一整套包括磁場、溫度、通信等多個方面在內(nèi)的智能診斷系統(tǒng)，以此保證終端應(yīng)用的穩(wěn)定性與可靠性。通過片上集成的方式，減少了外圍診斷電路的鋪設(shè)，產(chǎn)品物料使用方面也有不同程度地降低，對于大批量生產(chǎn)的設(shè)計而言，這款傳感器具有較高的性價比。

在系統(tǒng)功耗優(yōu)化方面，TMAG5170片上集成了數(shù)據(jù)計算處理單元，可為系統(tǒng)中所使用MCU分擔(dān)25%的工作負載，因此TMAG5170與低功耗的MCU也能完成高精度的采樣。同時，TMAG5170還可通過多種工作模式切換，實現(xiàn)電能利用率的最大化?；诙喾N工作模式和采樣率的優(yōu)勢，與同類型產(chǎn)品相比，該傳感器的功耗至少可降低70%。

TDK基于3D HAL技術(shù)的霍爾磁性位置傳感器

在汽車應(yīng)用方面，TDK于去年11月，推出了一款符合ISO 26262 ASIL-B標準的汽車級3D霍爾磁性位置傳感器HAR 3927。該傳感器采用了TDK獨有的3D HAL感應(yīng)專利技術(shù)，該技術(shù)能夠通過磁場在X、Y、Z三個方向上的分量相對強度進行測量，檢測角度最高為360°，并對抗外部雜散磁場。

基于360°的檢測角度，在實際應(yīng)用中該傳感器適用于在加速踏板、電子節(jié)氣門控制、旋鈕式換擋器以及后軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中進行旋轉(zhuǎn)角度的檢測。同時還能在離合器或制動踏板、變速器系統(tǒng)、汽缸和閥門位置感應(yīng)等應(yīng)用中進行線性位置檢測。

HAR 3927是一款冗余的傳感器，傳感器內(nèi)部集成了兩顆霍爾位置傳感器芯片，并將這兩顆芯片堆疊的方式封裝在傳感器內(nèi)部，以此保證這兩款芯片磁場位置占比的一致性和測量數(shù)據(jù)輸出的同步性，同時還降低了傳感器的整體體積，提高在開發(fā)過程中產(chǎn)品布局的靈活性。

在測量數(shù)據(jù)輸出方面，該傳感器可輸出17個可變的標定點和33的固定標定點，輸出格式可以根據(jù)實際需求選擇模擬輸出或數(shù)字SENT輸出。同時還可以通過對非易失性存儲器編程，進行誤差補償，提高測量精度以保證車輛行駛的安全性。

總結(jié)

在工業(yè)4.0、汽車智能化的快速發(fā)展浪潮中，打開了3D霍爾磁性位置傳感器的市場，刺激了新產(chǎn)品的迭代。相信在不久的未來，將會有更多兼具高速度和高精度的3D霍爾磁性位置傳感器進入市場，助力智能化的發(fā)展。