磁性位置傳感器及雜散磁場干擾：差分技術的應用效果

抗雜散磁場干擾演示

　　具備差分感應能力的雙像素磁性位置傳感器的卓能性能已經通過實驗測試所證明。以下這個實驗將包含一個雙像素磁性位置傳感器的汽車位置傳感器模塊與包含一個傳統的單像素傳感器的汽車位置傳感器模塊的測試結果進行比較。這兩個模塊都被用于測量位于傳感器IC某個角度上方的磁鐵的位置移動(見圖9)。隨著磁鐵位置的改變，傳感器IC的電壓輸出量也出現了相應的變化(見圖10)。這種測量方式十分常見，尤其是在測量汽車制動器、油門或離合器踏板的位移時十分有必要。

　　亥姆霍茲線圈可將一個雜散磁場作用于這兩個模塊中(見圖7)。為了產生Bx、By以及Bz三個矢量的特定磁場強度，線圈放置的位置也各不相同。

　　模塊的輸出電壓通過示波器來測量(見圖8)。

　　圖11所顯示的數據表明，當汽車位置傳感器模塊放置于雜散磁場的Z方向時，單像素傳感器IC的誤差比雙像素傳感器IC的誤差大30倍

測試條件：

　　磁鐵位置：4V

　　雜散磁場方向：Z

　　雜散磁場頻率：50Hz

　　雜散磁場強度：2500A/m

　　直流雜散磁場表現為一個偏移量疊加在追蹤信號上。交流雜散磁場作為干擾，雜散磁場頻率則疊加在追蹤信號上。

　　圖12也清楚地展示了兩種不同傳感器的區別。1%的誤差范圍在汽車運動傳感應用中十分常見。該測試測量了所有的干擾源，包括雜散磁場。由于積分非線性和溫度變化在不同的應用中情況也各不相同，所以，這些數值的影響暫沒有包括在表格中。

市場上的雙像素傳感器產品

　　ams所有用于汽車領域的AS54XX磁性位置傳感器系列都采用了雙像素差動傳感技術。這些傳感器可用于-40℃到 150℃溫度范圍內的環境中，并且無需溫度補償。此外，這些傳感器十分靈敏，可以在5mT 到100mT范圍內運作。一旦他們具備較高的抗雜散磁場干擾能力之后，我們便僅需使用成本較低的小尺寸磁鐵。

　　因為這些傳感器可以在雜散磁場環境內可靠運作，因此，它們可幫助汽車應用設計者滿足ISO26262安全認證的要求。AS54XX產品系列還具備自我監控的集成功能。這些安全性能可在接地失敗或斷電等情況下對設備提供欠壓保護及過壓保護。先進的安全功能包括可自我檢測位反轉的EEPROM。

　　采用雙像素差動原理的磁性位置傳感器不僅僅能免受雜散磁場的干擾，而且不需要抵消因溫度和時間變化產生的影響 。此外，由于具備14位分辨率，這些磁性位置傳感器的精確度和準確性較高，因此，可適用于各種不同的應用(見圖13)。

結論

　　在汽車領域，由于動力系統的電氣化程度越來越高，磁性位置傳感器的抗雜散磁場干擾能力顯得越來越重要。此外，諸如ISO11452-8等新標準的出臺也給汽車制造商和系統設計商帶來更多挑戰。

　　在嚴峻的電氣環境和機械環境下，3D 雙像素傳感器IC可幫助設計師開發性能穩健的產品，并且在無需使用復雜昂貴的屏蔽材料的情況下使產品符合最嚴苛的安全標準要求。

　　磁性位置傳感技術已經被廣泛應用于工業和汽車領域的運動及電機控制應用。ams最新一代3D 磁性位置傳感器可以從三個維度感應磁通量，因此，應用范圍比普通的磁性位置傳感器更廣。

　　磁性傳感技術比光學傳感技術和接觸式(電位計)更加穩健可靠，因為磁性傳感技術不會受到灰塵、污垢、油脂、振動以及濕度的影響，而這些嚴苛的應用環境在汽車和工業設備中十分常見。

　　然而，在使用傳統的磁性位置傳感器時，設計工程師難以避免會碰到雜散磁場干擾的問題。雜散磁場的干擾會嚴重損壞磁性位置傳感器的輸出電壓，大量縮減信噪比。由于汽車的電氣化程度越來越高，這些風險也愈加明顯和突出。高電流的電機和電纜是引起雜散磁場的重要因素之一，而這一情況在許多工業設備中也十分普遍。

　　一般而言，若要使磁性位置傳感器免受雜散磁場的干擾需采取十分復雜的方式，并且成本也比較高。本文介紹的正是一種使磁性位置傳感器具備較強的抗雜散磁場干擾能力的新方法。由于采用了雙像素敏感元件，磁性位置傳感器使差動傳感成為可能。本文對這一操作原理進行了具體描述。接下來，文章展示了雙像素磁性位置傳感器和單像素磁性位置傳感器的不同測試結果，從而證明了雙像素磁性位置傳感器在抗雜散磁場干擾方面的突出性能。