【導讀】在眾多的機械係統中，檢測位置/速su度du能neng力li已yi經jing成cheng為wei係xi統tong控kong製zhi和he監jian控kong的de一yi項xiang基ji本ben要yao求qiu。在zai低di速su位wei置zhi測ce量liang應ying用yong中zhong，如ru電dian機ji驅qu動dong通tong常chang會hui使shi用yong電dian阻zu電dian位wei器qi。而er在zai高gao速su應ying用yong中zhong，如ru伺si服fu電dian機ji則ze常chang使shi用yong光guang電dian編bian碼ma器qi。

其中，電位器價格優惠
，但作為基於移動觸點元件，它們的缺點也顯而易見：易遭受機械接觸磨損、易受外部環境因素損壞（包括濕氣和汙垢侵入）。光(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)精(jing)度(du)高(gao)
，但(dan)由(you)於(yu)其(qi)結(jie)構(gou)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)，因(yin)此(ci)價(jia)位(wei)也(ye)相(xiang)當(dang)高(gao)。麵(mian)對(dui)這(zhe)樣(yang)的(de)窘(jiong)境(jing)，其(qi)實(shi)工(gong)程(cheng)師(shi)還(hai)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)非(fei)接(jie)觸(chu)式(shi)旋(xuan)轉(zhuan)磁(ci)性(xing)角(jiao)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)（MagAlpha係列產品）來解決這一難題。 

MagAlpha 係列傳感器優勢明顯：

●     8-14b位角度輸出，同時具備 SPI/ABZ/PWM/UVW 多種輸出接口可選

●     非接觸式磁性傳感可靠性高，使用壽命長

●     成本低
，封裝尺寸小

●     支持靈活的同軸、偏軸和側軸擺放

MPS MagAlpha chuanganqizhongshiyongleyizuyongyouziyouzhuanlidechuizhihuoerzhenlie
，yonglaiceliangcichangdeshuipingshiliang。zhezhongcichangtongchanglaiziweiyuchuanganqishangfanghuocemiandeyiduijingxiangcihuadeciji。MagAlpha 霍爾陣列的這種傳感技術支持多種磁鐵-傳感器擺放位置（見圖1）。

圖 1：支持同軸和側軸拓撲

傳感器前端包含一個麵向各個方向的專有霍爾元件陣列。該陣列以高速（每1μs）連(lian)續(xu)采(cai)樣(yang)並(bing)產(chan)生(sheng)近(jin)似(si)正(zheng)弦(xian)的(de)內(nei)部(bu)信(xin)號(hao)波(bo)形(xing)。該(gai)波(bo)形(xing)過(guo)零(ling)點(dian)處(chu)的(de)相(xiang)位(wei)角(jiao)直(zhi)接(jie)與(yu)被(bei)測(ce)角(jiao)度(du)相(xiang)關(guan)。在(zai)每(mei)個(ge)測(ce)量(liang)周(zhou)期(qi)開(kai)始(shi)後(hou)
，使(shi)用(yong)快(kuai)速(su)數(shu)字(zi)計(ji)數(shu)器(qi)測(ce)量(liang)過(guo)零(ling)點(dian)的(de)相(xiang)位(wei)，這(zhe)個(ge)值(zhi)直(zhi)接(jie)反(fan)映(ying)了(le)每(mei)個(ge)測(ce)量(liang)角(jiao)度(du)的(de)大(da)小(xiao)。圖(tu) 2 展zhan出chu了le典dian型xing采cai樣yang波bo形xing圖tu。計ji數shu器qi得de到dao的de值zhi被bei傳chuan遞di到dao低di延yan遲chi數shu字zi濾lv波bo模mo塊kuai
，由you該gai模mo塊kuai負fu責ze均jun衡heng噪zao聲sheng和he提ti高gao傳chuan感gan器qi的de輸shu出chu分fen辨bian率lv。根gen據ju不bu同tong濾lv波bo器qi深shen度du，分fen辨bian率lv最zui高gao可ke達da14位（3-sigma）。

MPS將這種獨有的“相位到數字”的專利技術稱為SpinAxisTM。它與傳統的X-Y霍爾模塊和反正切計算技術有所不同。傳統基於反正切的算法具有數百微秒的延遲，會導致更大的角度滯後（測量的角度與實際機械角度）。而MagAlpha前端的快速采樣率和數字濾波器的低延遲設計，從前端捕獲到的輸出接口可用角度信息的角度滯後通常僅為10μs。

這使得MagAlpha傳感器在非常高的轉速下依然能夠捕獲低延時的角度。由於延遲固定在大約10μs，因此恒定轉速下的滯後角度僅為10μs×（以度/秒為單位）。例如，轉速在50,000rpm時，從采集到輸出的角度滯後為每秒300,000度×10μs= 3度。

與競爭對手的磁性解決方案相比
，SpinAxisTM技術還支持更廣泛的磁場強度，例如使用總磁阻（GMR）或各向異性磁阻（AMR）材料的磁解決方案。MagAlpha傳感器可支持的場強範圍為15mT到100mT以上。這樣，磁材料的選擇以及磁體至傳感器的定位設計變得更加靈活。

圖 2：SpinAxis^TM 技術

數字濾波模塊

數字濾波模塊針對每個不同的MagAlpha傳感器類型都進行了優化，得以更好地匹配目標應用。濾波器的濾波深度（處理的樣本數量與時間的關係）會影響傳感器的最終輸出分辨率，濾波器深度越大（樣本越多），分辨率越高。

更深的濾波器深度會導致濾波器分辨率增加而帶寬降低（因為處理更多樣本需要更長的時間）。同(tong)樣(yang)，隨(sui)著(zhe)帶(dai)寬(kuan)減(jian)小(xiao)，濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)時(shi)間(jian)常(chang)數(shu)也(ye)會(hui)增(zeng)加(jia)。這(zhe)將(jiang)影(ying)響(xiang)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)環(huan)路(lu)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)
，同(tong)時(shi)也(ye)決(jue)定(ding)了(le)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)具(ju)有(you)動(dong)態(tai)角(jiao)度(du)變(bian)化(hua)或(huo)旋(xuan)轉(zhuan)速(su)度(du)變(bian)化(hua)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)性(xing)能(neng)。MagAlpha係列的濾波器時間常數（tau）範圍為1ms至16ms。該值可用於計算加速或減速期間產生的角度滯後誤差。速度變化下的角度滯後誤差等於單位為度/每秒2（即加速度/減速度）乘以tau值的平方。後期文章將深入探討這種效應以及如何為應用程序選擇合適的帶寬。

傳感器係列產品

基於不同的應用，我們已經研發了幾款具有不同性能和輸出接口類型的MagAlpha產品。所有的MagAlpha傳感器都可以通過SPI總線輸出數字角度值，在某些設備中也可以通過SSI輸出。此外
，特定的型號還提供了增量正交ABZ編碼器輸出，PWM輸出或UVWhuanxiangxinhao，yongyudianjikongzhi。qitaxingnengbaokuokeyishezhicichangjiancedefazhiyongyucitieweizhijiancehecichangqiangdujiance
，tigongleyongyugaishancezhuangmoshixiashuchuxianxinghuadejicunqiyijilingjiaoduweizhideshezhi。

改善側裝線性化特性允許傳感器調整霍爾陣列在X或Yzhoushangdezengyi
，yibuchangcimoshizhongcunzaidecichangshiliangbupingdengxianxiang
，bingzhongxinhuodexianxingshuchuxiangying。lingjiaoduweizhitiaozhengyiweizhebuxuyaoshoudongtiaozhengcijiduizhunchuanganqidefangxiang
，keyizairuanjianzhongtiaozhengpianyiyihuodesuoxudelingjiaoduweizhi。suoyoukebianchenggongnengdoukeyicunchuzaifeiyishixingpianshangEEPROM存儲器中。每次開機後都會自動加載這些設置。圖 3 展示了 MagAlpha 傳感器的通用功能框圖。

圖 3：MagAlpha 通用功能框圖

下表列出了所有MagAlpha係列產品：

Ma7xx 係列產品具有9-14位SPI輸出分辨率，同時具備SSI、ABZ和PWM多種輸出接口。此係列產品適用於任一款通用型角度/速度傳感應用，包括驅動器
、編碼器和磁場定向電機控製（FOC）應用。該係列最新產品MA732可以允許用戶編程數字濾波器的參數，如分辨率
，時間常數和啟動時間等，還具有可調節的ABZ遲滯功能。

MA780和MA781適應於平均功耗低的應用，比如電池供電設備。這兩款芯片可以在休眠、喚醒和采樣三種模式之間進行自動切換以實現低功率模式。Ma780采用3mmx3mm QFN封裝，MA781則采用小尺寸2mmx2mm QFN封裝。

 Ma3xx 係列產品具有9-14位SPI輸出分辨率，同時具備ABZ和UVW兩種輸出接口。UVW接口可以取代許多三相無刷電機中三個獨立霍爾傳感器產生的電機換向信號。通過使用一對簡單的磁極，MA3xx係列能夠模擬三個霍爾傳感器的波形，並產生UVW輸出，支持具有1至8對極的轉子。

將SPI角度或ABZ編碼器輸出與UVW換huan向xiang相xiang結jie合he，可ke實shi現xian非fei常chang緊jin湊cou的de無wu刷shua伺si服fu電dian機ji解jie決jue方fang案an。這zhe對dui於yu小xiao尺chi寸cun微wei型xing電dian機ji來lai說shuo非fei常chang有you用yong，因yin為wei不bu可ke能neng在zai微wei型xing電dian機ji的de定ding子zi繞rao組zu中zhong嵌qian入ru三san個ge霍huo爾er開kai關guan。

MA330允許對數字濾波器參數進行編程來優化伺服電機控製中的環路帶寬，以及可調節的ABZ遲滯，以支持給定分辨率設置下更高的每匝數脈衝數。

對於僅需替代3個霍爾傳感器的非伺服應用
，MA102是一款僅提供UVW信號的最小解決方案。它具有互補的輸出極性
，可以從傳感器接線器返回電機控製器，從而獲得更高的信噪比性能。

針對汽車應用，MAQ470和MAQ430分別作為MA702和MA302 12位角度傳感器的AECQ Grade-1版本。這兩款產品能夠在-40°C至+ 125°C溫度內工作
，適用於車輛應用中的駕駛室和車身傳感電子設備。典型應用包括信息娛樂控製、HVAC襟翼角度控製和彈出門把手。

最後，針對簡單的旋轉用戶界麵應用，性價比高的8位MA8xx係列產品可代替機械旋轉開關或電位器。它們還具有MagAlpha磁場閾值檢測功能
，可以在旋鈕設計中實現按鈕動作。

所有MagAlpha傳感器均采用節省空間的3mmx3mm QFN封裝（除了MA781采用2mmx2mm QFN封裝），采用3.3V電源供電。電流消耗通常在10mA至13mA範圍內，新品低功率產品MA780和MA781可實現微安級的平均電流。

更多關於MagAlpha傳感器係列產品的信息，請瀏覽 https://www.monolithicpower.com/en/products/sensors/position-sensors.html

關於MagAlpha係列的下一篇文章將討論如何通過數字濾波器操作確定輸出分辨率，以及不同的濾波器帶寬對角度滯後的影響。

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