磁性位置传感器及杂散磁场干扰：差分技术的应用效果

抗杂散磁场干扰演示

　　具备差分感应能力的双像素磁性位置传感器的卓能性能已经通过实验测试所证明。以下这个实验将包含一个双像素磁性位置传感器的汽车位置传感器模块与包含一个传统的单像素传感器的汽车位置传感器模块的测试结果进行比较。这两个模块都被用于测量位于传感器IC某个角度上方的磁铁的位置移动(见图9)。随着磁铁位置的改变，传感器IC的电压输出量也出现了相应的变化(见图10)。这种测量方式十分常见，尤其是在测量汽车制动器、油门或离合器踏板的位移时十分有必要。

　　亥姆霍兹线圈可将一个杂散磁场作用于这两个模块中(见图7)。为了产生Bx、By以及Bz三个矢量的特定磁场强度，线圈放置的位置也各不相同。

　　模块的输出电压通过示波器来测量(见图8)。

　　图11所显示的数据表明，当汽车位置传感器模块放置于杂散磁场的Z方向时，单像素传感器IC的误差比双像素传感器IC的误差大30倍

测试条件：

　　磁铁位置：4V

　　杂散磁场方向：Z

　　杂散磁场频率：50Hz

　　杂散磁场强度：2500A/m

　　直流杂散磁场表现为一个偏移量叠加在追踪信号上。交流杂散磁场作为干扰，杂散磁场频率则叠加在追踪信号上。

　　图12也清楚地展示了两种不同传感器的区别。1%的误差范围在汽车运动传感应用中十分常见。该测试测量了所有的干扰源，包括杂散磁场。由于积分非线性和温度变化在不同的应用中情况也各不相同，所以，这些数值的影响暂没有包括在表格中。

市场上的双像素传感器产品

　　ams所有用于汽车领域的AS54XX磁性位置传感器系列都采用了双像素差动传感技术。这些传感器可用于-40℃到 150℃温度范围内的环境中，并且无需温度补偿。此外，这些传感器十分灵敏，可以在5mT 到100mT范围内运作。一旦他们具备较高的抗杂散磁场干扰能力之后，我们便仅需使用成本较低的小尺寸磁铁。

　　因为这些传感器可以在杂散磁场环境内可靠运作，因此，它们可帮助汽车应用设计者满足ISO26262安全认证的要求。AS54XX产品系列还具备自我监控的集成功能。这些安全性能可在接地失败或断电等情况下对设备提供欠压保护及过压保护。先进的安全功能包括可自我检测位反转的EEPROM。

　　采用双像素差动原理的磁性位置传感器不仅仅能免受杂散磁场的干扰，而且不需要抵消因温度和时间变化产生的影响 。此外，由于具备14位分辨率，这些磁性位置传感器的精确度和准确性较高，因此，可适用于各种不同的应用(见图13)。

结论

　　在汽车领域，由于动力系统的电气化程度越来越高，磁性位置传感器的抗杂散磁场干扰能力显得越来越重要。此外，诸如ISO11452-8等新标准的出台也给汽车制造商和系统设计商带来更多挑战。

　　在严峻的电气环境和机械环境下，3D 双像素传感器IC可帮助设计师开发性能稳健的产品，并且在无需使用复杂昂贵的屏蔽材料的情况下使产品符合最严苛的安全标准要求。

　　磁性位置传感技术已经被广泛应用于工业和汽车领域的运动及电机控制应用。ams最新一代3D 磁性位置传感器可以从三个维度感应磁通量，因此，应用范围比普通的磁性位置传感器更广。

　　磁性传感技术比光学传感技术和接触式(电位计)更加稳健可靠，因为磁性传感技术不会受到灰尘、污垢、油脂、振动以及湿度的影响，而这些严苛的应用环境在汽车和工业设备中十分常见。

　　然而，在使用传统的磁性位置传感器时，设计工程师难以避免会碰到杂散磁场干扰的问题。杂散磁场的干扰会严重损坏磁性位置传感器的输出电压，大量缩减信噪比。由于汽车的电气化程度越来越高，这些风险也愈加明显和突出。高电流的电机和电缆是引起杂散磁场的重要因素之一，而这一情况在许多工业设备中也十分普遍。

　　一般而言，若要使磁性位置传感器免受杂散磁场的干扰需采取十分复杂的方式，并且成本也比较高。本文介绍的正是一种使磁性位置传感器具备较强的抗杂散磁场干扰能力的新方法。由于采用了双像素敏感元件，磁性位置传感器使差动传感成为可能。本文对这一操作原理进行了具体描述。接下来，文章展示了双像素磁性位置传感器和单像素磁性位置传感器的不同测试结果，从而证明了双像素磁性位置传感器在抗杂散磁场干扰方面的突出性能。