電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）不斷采集流程控制數據的高度自動(dòng)化系統在現如今的制造業(yè)、工廠(chǎng)越來(lái)越常見(jiàn)，這些自主系統通過(guò)傳感器收集的準確信息提供精準的實(shí)時(shí)位置控制。磁性編碼器、接近傳感器、壓力變送器、電機等等這些在自動(dòng)化工廠(chǎng)里隨處可見(jiàn)的設備都需要先進(jìn)的位置傳感來(lái)收集工廠(chǎng)級數據進(jìn)而提升性能。
且不用說(shuō)在機器人系統里，在任何對運動(dòng)控制有高性能要求的系統里，這種對位置傳感的要求幾乎都是無(wú)處不在的，位置傳感技術(shù)很大程度上決定了系統的性能上限。準確、快速和可靠的位置測量是實(shí)現實(shí)時(shí)精準控制的前提。
3D霍爾效應位置傳感的運控應用
相比于其他位置傳感，霍爾效應位置傳感在工業(yè)自動(dòng)化應用里應該是最多的那一類(lèi)選擇。線(xiàn)性3D霍爾效應位置傳感器監控電機軸，傳感器的相關(guān)參數對系統的控制、帶寬和延遲有很直接的影響。為了避免傳感器在數據吞吐量和誤差上做權衡進(jìn)而影響系統性能，3D霍爾傳感器內會(huì )集成ADC通過(guò)精密的信號鏈來(lái)實(shí)現高精度和低漂移磁場(chǎng)測量，然后再通過(guò)片上溫度傳感器數據進(jìn)行系統級漂移補償。
（線(xiàn)性3D霍爾效應位置傳感器，TI）
3D霍爾效應位置傳感器能否實(shí)現磁軸和溫度的任意組合是現在工業(yè)場(chǎng)景比較看重的一項功能。在更寬的磁場(chǎng)檢測范圍、更寬的環(huán)境溫度范圍中保持優(yōu)異的傳感才能在復雜的工業(yè)場(chǎng)景中發(fā)揮用武之地，比如TDK靈活架構的可配置HAL 39xy系列傳感器，TI通過(guò)SPI靈活配置的TMAG5170 系列高精度線(xiàn)性3D霍爾效應傳感器，這些傳感器在運控應用上通過(guò)可選磁性靈敏度范圍以及溫度補償選項為磁性和機械設計提供靈活性。此前有關(guān)使用霍爾效應傳感器時(shí)磁鐵放置不靈活的這種認知誤區現在也不復存在了。
從上面提到的兩個(gè)器件來(lái)看，TDK的HAL 39xy系列傳感器配置了強大的DSP和一個(gè)嵌入式微處理器，TI的TMAG5170 系列也具有片上角度計算引擎，無(wú)需片外處理。靈活的霍爾傳感器前端配置也有助于實(shí)現更多種類(lèi)的應用。在運控應用上，現在這些3D霍爾效應位置傳感器的發(fā)展給予了自動(dòng)化系統很多可能性。
各向異性磁阻效應位置傳感AMR運控應用
各向異性磁阻效應涉及材料中的S軌道與d軌道電子散射各向異性。AMR傳感磁電阻比（ΔR/Rmin）在3%左右，AMR傳感在運控應用，尤其是車(chē)規級運控應用上有很多應用?；贏(yíng)MR的磁傳感很多大廠(chǎng)都有在做，畢竟現在在車(chē)規級運控上AMR傳感有著(zhù)不可忽視的重要作用。
不同于上面霍爾傳感的線(xiàn)性位移測量，AMR傳感器一般來(lái)說(shuō)具有更高的精密性。而且它還能降低扭矩紋波。磁傳感器大家都關(guān)注高精度這個(gè)指標。從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，AMR傳感的功耗普遍做得很低，響應時(shí)間大多也很快在10ns左右，溫漂在3000 PPM/K附近，具體的精度視不同廠(chǎng)商的工藝與配置有所不同。
像ADI集成信號調理放大器和ADC驅動(dòng)器的雙通道AMR傳感ADA457X系列的典型角度誤差僅僅只有±0.1°，輸出噪聲也低到850μV rms；英飛凌的單AMR技術(shù)傳感TLE5109A16系列從10mT 到>500mT的范圍內典型誤差也僅為±0.1°；國內廠(chǎng)商多維的最新AMR傳感絕對精度做到了0.1°。
（圖源：多維科技）
當AMR傳感器在飽和情況下工作，絕對磁場(chǎng)強度與存在的磁場(chǎng)強度是沒(méi)有關(guān)系的，其輸出信號將不隨磁場(chǎng)強度的變化而變化，由此也能看到AMR傳感展現出的在強磁條件下工作時(shí)魯棒性，能給整個(gè)系統充足的裕量。
另外對AMR傳感還有其他磁傳感來(lái)說(shuō)，還要考慮的一點(diǎn)是器件受到參數降級的影響有多大，對磁鐵老化敏不敏感。這個(gè)問(wèn)題也得視各個(gè)廠(chǎng)商的策略而定，NXP的做法是把AMR傳感在單一封裝內集成磁阻傳感器電橋、混合信號集成電路IC和所需的電容，其中集成的兩路通道均以完全獨立的方式工作，這種完全獨立的方式幾乎不受參數降級的影響。每個(gè)廠(chǎng)商的應對方法不盡相同，都盡可能規避了參數降級的影響。
小結
在自動(dòng)化系統的運控應用上，磁傳感還有GMR和TMR兩條技術(shù)路線(xiàn)，從技術(shù)原理上說(shuō)這兩個(gè)技術(shù)有比AMR更高的精準度，當然技術(shù)難度也會(huì )更高，掌握該技術(shù)廠(chǎng)商更少。在汽車(chē)應用上用得更多。
對于運控應用來(lái)說(shuō)，要實(shí)現更好的控制效果，位置控制是避不開(kāi)的一環(huán)。在A(yíng)MR傳感的測量范圍內，它有著(zhù)優(yōu)秀的靈敏度和響應時(shí)間，能提供這種精準的位置測量。而精密線(xiàn)性3D霍爾效應傳感器也沒(méi)有落入下風(fēng)，在不犧牲性能或增加功耗和成本的前提下，實(shí)現了快速、準確和可靠的測量。
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