圖 1：MagAlpha 傳感器同軸和側軸模式

 

側軸拓撲有兩種形式：一種為“標準”側軸模式

，其傳感器封裝表麵與磁鋼的旋轉軸相互垂直；另一種為“正交”側軸模式，其傳感器封裝表麵與磁鋼的旋轉軸平行。與同軸模式相比，這兩種設計過程中都需要更多的考慮，而MPS 磁仿真工具可以提供一種有效的方法，能在進行真正的機械設計之前對方案進行性能評估。

 

介紹

 

當將MagAlpha傳感器與旋轉軸一側的磁鐵協同工作時，霍爾陣列會同時看到徑向磁場分量Br和切向分量Bt（或者在正交側軸的情況下看到垂直分量Bz）。最常見的側軸拓撲結構使用徑向極化的環形磁鐵（見圖2）。

 

在這種結構中，徑向場Br的大小通常大於切向分量Bt。當(dang)傳(chuan)感(gan)器(qi)感(gan)應(ying)到(dao)大(da)小(xiao)不(bu)相(xiang)等(deng)的(de)兩(liang)個(ge)磁(ci)場(chang)時(shi)，隨(sui)著(zhe)磁(ci)鋼(gang)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)，角(jiao)度(du)輸(shu)出(chu)將(jiang)變(bian)為(wei)非(fei)線(xian)性(xing)。所(suo)以(yi)
，必(bi)須(xu)對(dui)兩(liang)個(ge)場(chang)的(de)大(da)小(xiao)進(jin)行(xing)歸(gui)一(yi)化(hua)，以(yi)便(bian)傳(chuan)感(gan)器(qi)感(gan)應(ying)到(dao)大(da)小(xiao)恒(heng)定(ding)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)場(chang)矢(shi)量(liang)。MagAlpha傳感器集成了偏置電流微調（BCT）寄存器
，可以平衡兩個磁場的場幅，從而獲得線性角度響應。更多詳細信息
，請參考 應用說明 “在側軸貼裝中使用 MagAlpha 傳感器”。

 

圖 2：徑向極化的兩極環周圍的徑向和切向磁場

 

經過上述微調之後
，由於X軸或Y軸上的感應增益降低，傳感器會感應到較低的合成磁場。在標準側軸拓撲中，由於IC封裝有一定厚度，所以傳感器霍爾陣列也會離磁環表麵比較遠。因此，磁環設計必須留有足夠的剩磁（常用BR表示），以滿足傳感器的最低磁場要求。由於鐵氧體和塑性鐵氧體磁體在200mT至300mT BR範圍內的剩磁較低，它們無法很好地在側軸模式中工作
，尤其是在BCT微調引起的感應增益降低之後。

 

為了實現充足的磁場強度，磁環通常必須由具有較高初始剩磁的材料製成
，例如燒結（約0.9T至1.4T BR）或鍵合聚合物（約0.6T至0.7T BR）的釹鐵硼（NdFeB）。直(zhi)徑(jing)較(jiao)大(da)的(de)磁(ci)環(huan)，采(cai)用(yong)鍵(jian)合(he)的(de)聚(ju)合(he)物(wu)材(cai)料(liao)更(geng)具(ju)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)，但(dan)與(yu)同(tong)等(deng)尺(chi)寸(cun)的(de)燒(shao)結(jie)環(huan)相(xiang)比(bi)，鍵(jian)合(he)的(de)聚(ju)合(he)物(wu)環(huan)的(de)場(chang)強(qiang)約(yue)為(wei)一(yi)半(ban)。所(suo)以(yi)必(bi)須(xu)調(tiao)整(zheng)磁(ci)環(huan)的(de)尺(chi)寸(cun)，才(cai)能(neng)確(que)保(bao)在(zai)選(xuan)定(ding)的(de)距(ju)離(li)以(yi)及(ji)BCT調整後滿足傳感器的最低磁場強度的要求。

 

MagAlpha係列集成了兩個用來優化側軸模式的傳感器：MA710和MA310
，當磁場強度太低時，這些產品具有更高的內部增益，可適應最低15mT的最小場（大多數MagAlpha係列通常為30mT至40mT）。

 

點擊這裏，查看上述示例中使用的MagAlpha係列產品磁仿真工具

 

仿真器工具可以支持MagAlpha係(xi)列(lie)所(suo)有(you)磁(ci)鐵(tie)類(lei)型(xing)以(yi)及(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)到(dao)磁(ci)體(ti)的(de)拓(tuo)撲(pu)。它(ta)能(neng)有(you)效(xiao)地(di)原(yuan)型(xing)化(hua)和(he)評(ping)估(gu)不(bu)同(tong)磁(ci)鐵(tie)和(he)安(an)裝(zhuang)位(wei)置(zhi)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)性(xing)能(neng)
，可(ke)避(bi)免(mian)反(fan)複(fu)試(shi)驗(yan)。機(ji)械(xie)和(he)電(dian)磁(ci)公(gong)差(cha)對(dui)係(xi)統(tong)的(de)影(ying)響(xiang)也(ye)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)工(gong)具(ju)高(gao)級(ji)設(she)置(zhi)選(xuan)項(xiang)輸(shu)入(ru)，以(yi)評(ping)估(gu)對(dui)角(jiao)度(du)分(fen)辨(bian)率(lv)性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)。

 

圖3 顯示了使用結合釹環的側軸設計示例。環的內徑為20mm，外徑為30mm
，高度為2mm。 在這個示例中，該環具有簡單的兩極徑向磁化的700mT剩磁。在標準的側軸拓撲中使用MA710傳感器，傳感器組件理想地放置在環形磁鋼的側麵
，以使霍爾陣列恰好位於磁鐵高度的一半。MA710 QFN傳感器封裝的標稱高度為0.9mm，內部霍爾陣列位於封裝表麵下方0.5mm處。因此可以得到垂直參數Z為0mm。 

 

圖 3：標準側軸拓撲MA710角度傳感器

 

使用仿真器掃描從r = 16.5mm到20mm的距離，傳感器的合適位置應在r = 17mm處（見圖4）。在此位置，傳感器在IC封裝的邊緣與環形磁鋼表麵之間的氣隙為0.5mm（滿足安裝最小誤差）

，而且正切磁場BT大約為18mT（相對比較大）。徑向磁場Br在大約82mT
，比BT大得多，這將導致傳感器輸出角度非線性，需要通過BCT寄存器進行一些校正以減小徑向磁場的幅度。選定r=17mm後，仿真器可以計算出該位置需要的BCT寄存器數值為200。將此值應用於傳感器，可得到分辨率約為11.3位（3-sigma）的解決方案。 

 

圖 4：標準側軸拓撲中傳感器觀測到的磁場與半徑的仿真器圖

 

圖5 顯示了仿真器總結報告。

 

圖 5：磁鋼仿真工具報告

 

值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，在(zai)側(ce)軸(zhou)模(mo)式(shi)下(xia)，機(ji)械(xie)公(gong)差(cha)和(he)磁(ci)化(hua)公(gong)差(cha)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)線(xian)性(xing)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)要(yao)大(da)得(de)多(duo)。因(yin)此(ci)
，必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)這(zhe)些(xie)公(gong)差(cha)以(yi)確(que)保(bao)符(fu)合(he)最(zui)終(zhong)設(she)計(ji)期(qi)望(wang)。使(shi)用(yong)仿(fang)真(zhen)器(qi)進(jin)行(xing)第(di)一(yi)遍(bian)查(zha)找(zhao)初(chu)始(shi)設(she)置(zhi)後(hou)，建(jian)議(yi)通(tong)過(guo)高(gao)級(ji)參(can)數(shu)部(bu)分(fen)添(tian)加(jia)各(ge)種(zhong)公(gong)差(cha)來(lai)執(zhi)行(xing)一(yi)係(xi)列(lie)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)仿(fang)真(zhen)器(qi)迭(die)代(dai)。有(you)關(guan)公(gong)差(cha)及(ji)其(qi)影(ying)響(xiang)的(de)討(tao)論(lun)
，請(qing)參(can)見(jian)應用說明 AN142（“側軸配置中的線性度”） 

 

 

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