以垂直霍爾片實現的二維測量
發布時間：2014-12-25 10:40
發布者：designapp
|
在汽車及工業應用的位置探測領域中，對傳感器功能的要求越來越多。傳感器在嚴苛環境下的精確性和穩定性必須持續增強。關于節氣門閥、離合器或方向盤的位置探測應用必須盡可能精確地實現。對于短距離（6毫米為上限）或小角度（60度為上限）測量應用，可以使用現有的一維線性霍爾傳感器。但對于更大的角度，則需要使用一種新的技術。為此，Micronas開發了兩個新的霍爾效應傳感器產品系列，HAL36xy和HAL38xy。 上述產品首次使用了所謂的“垂直霍爾片”。我們和Fraunhofer集成電路研究院(FhG IIS)緊密合作，為這種新型傳感器專門開發了這些契合Micronas制程的霍爾片。Micronas授權應用了被稱為“Hall-in-One”的pixel cell像素技術，并將其調整應用于HAL 36xy/HAL 38xy系列。這些傳感器系列包括7個不同的產品，因而覆蓋了從離合器位置或空檔檢測到方向盤角度測量的廣泛應用。 圖1：3D霍爾技術線性距離測量 Micronas是首家成功將使用“垂直霍爾技術”的傳感器引入汽車應用，并且處于領導地位的霍爾效應傳感器制造商。 從前，角度測量只能用集成的通量集中器或者復雜雙列AMR（各向異性磁阻）傳感器來實現，而現在可以用一個標準的CMOS過程來完成。與AMR技術相反，由于垂直霍爾技術的幫助，可以用單個產品就實現對上至360°的角度以及線性距離進行測量。Micronas所開發的方案，其主要優勢在于使用了所謂的“pixel cell”像素。它由兩個垂直霍爾片和一個水平霍爾片組成。有了pixel cell像素，就可以在一個點上測量三個磁場分矢量。平行于傳感器表面的磁力線由垂直霍爾片測量，垂直于傳感器表面的磁力線由水平霍爾片測量。 HAL36xy只使用兩個垂直霍爾片Bx和By，而HAL38xy使用水平霍爾片以及垂直霍爾片的其中一片。視不同的傳感器型號，客戶可以選擇想要的霍爾片組合。Bx和Bz活躍，或By和Bz活躍。另外，可選擇兩種輸出信號格式（脈寬調制或者模擬信號）。 HAL36xy系列理想的應用是上至360°的角度測量，比如方向盤角度測量。為此，主要使用一個徑向充磁的磁鐵（見圖2），和傳感器表面平行傳動。兩個垂直霍爾片相互垂直放置，同時產生正弦和余弦信號。傳感器自動計算反正切數值，并轉換為模擬或數字輸出信號。 圖2：徑向充磁的磁鐵平行于HAL36xy的表面轉動 反正切公式： 輸出信號和測得的角度是直接等比例的�；诜凑蟹治�，磁鐵的氣隙變化和磁鐵溫度反應對改種測量方法影響極小。這些傳感器的設計工作溫度范圍是–40℃到170℃（裸片溫度），并提供多種診斷功能。傳感器自帶的自檢在第一個通電旋轉圈進行，確保傳感器線路功能正常。傳感器可以檢測到過壓或者欠壓狀態，并在輸出信號中表示出來。用戶也可以定義應用的磁場強度范圍。如果磁場強度超過了特定范圍，傳感器可以顯示出錯信號。該范圍可以由用戶定義并編程。對傳感器的編程是通過一個對用戶友好的圖形界面軟件工具來實現的。 帶有垂直和水平霍爾片的HAL38xy主要用于線性位移應用，測量距離可以比磁鐵長度長50%。用一個長度為10mm的磁鐵，可以測量大于等于15mm的距離。在此應用中，一個軸向充磁的磁鐵平行于傳感器表面運動（圖3）。用合適的磁鐵可以進行更長距離的測量。 圖3：軸向充磁的磁鐵平行于傳感器表面運動 在傳統的單維度測量傳感器應用中，磁鐵長度必須要設計成比被測量的位移長30%。因而使用二維傳感器所相對增加的成本，會輕而易舉地被昂貴磁性材料的節約彌補掉。所以，在提升性能的同時，也實現了成本優勢。 HAL38xy另一個可能的應用是在軸邊的角度測量。一個徑向充磁的磁鐵固定在軸上，在傳感器邊旋轉。如果兩個磁場反正切計算提供了理想的正弦余弦相關曲線，反正切可以為角度提供一個線性關系。這并不是在所有的應用中都可以實現的。理想的軸邊角度測量設置只能通過特殊的磁鐵實現。如使用傳統的磁鐵，則需要在反正切計算之后再進行線性化。為完成這一任務，HAL38xy和HAL36xy提供了32點標定來使得輸出信號線性化。 其他的傳感器制造商如今也再嘗試使用垂直霍爾技術（比如，霍爾開關等簡單產品），這一事實證明了該技術的吸引力。Micronas很早就實施了垂直霍爾傳感器技術，因而如今成為該領域的市場領導者。隨著下一代直接角度傳感器的推出，Micronas將擴大其對市場的引領。新一代產品將有進一步改善的角度測量表現，提供更高測量精度，更低的通量密度下限值，使產品可以在弱得多得到磁場中使用。 |
網友評論