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    霍爾效應傳感器三個常見挑戰:旋轉編碼、穩健的信號傳遞和平面磁感應

    電子設計 ? 2020-12-29 14:01 ? 次閱讀

    您是否曾經設計過一個電路,但電路的性能并不完全符合您的預期?我就有過這種經歷!在本文中,我將幫助您解決在工業和汽車應用中與霍爾效應傳感器相關的三個常見挑戰:旋轉編碼、穩健的信號傳遞和平面磁感應。

    挑戰1–在旋轉編碼應用中無法獲得正確的正交簽名

    在旋轉編碼應用中,當試圖監控速度和方向(順時針或逆時針)時,通常使用兩個霍爾效應鎖存器或雙鎖存器。造成正交簽名錯誤的原因有多種,但其中最為常見的原因之一是器件與環形磁極之間的布置不當和對齊不準。

    使用兩個霍爾效應鎖存器時,可以通過機械方法,即將霍爾效應傳感器與每個磁極相隔半個寬度加上任意整數個寬度來實現適當的兩位正交輸出。如圖1b所示,其中傳感器2位于N極/S極接口,而傳感器1與傳感器2的距離為一個全極點的寬度加上N極的半寬度。對于雙霍爾效應鎖存器,您可以使用一個器件將兩個傳感器精確地隔開磁極的一半寬度。當然,這樣做局限性很大,因為您必須將間距與環形磁極匹配。

    圖1a顯示了使用雙傳感器解決方案時的潛在放置問題,而圖1b和1c顯示了如何分別使用兩個單獨的傳感器或一個單芯片解決方案來解決此類問題。霍爾效應電流傳感器(例如TMAG5110或TMAG5111)可用來確保在多種環形磁鐵尺寸和磁極數量下實現正確的簽名。此外,它們在實現上的簡單性消除了在機械放置過程中可能引入的任何誤差。該精度還為良好的正交簽名提供始終如一的精確讀數。

    o4YBAF_qxauAYNR9AAI7I5vK7EM195.png

    圖1:雙傳感器旋轉編碼:圖1a是使用兩個鎖存器的錯誤傳感器布置;

    圖1b是使用兩個鎖存器的正確傳感器布置;圖1c是使用2D傳感器的多位置傳感器布置

    旋轉編碼應用常用于許多汽車和工業應用。以下是一些示例:

    ●汽車–電動窗戶、天窗、升降門、推拉門和電動座椅。

    ●工業–車庫門和開門器、恒溫器撥盤、家用電器旋鈕、車輪旋轉感應以及電動窗簾或百葉窗。

    挑戰2–非板載傳感器通信不夠穩健

    如果您的設計出現此問題,則很有可能您使用的傳感器的電壓輸出受到磁耦合干擾。盡管布線可能很短,但如果您沒有考慮大量的電磁干擾(EMI),那么模擬信號傳遞過程可能會將這種干擾直接耦合到測量過程中。在傳感器與微控制器(MCU)之間建立一條可靠的鏈路,可使MCU感知到傳感器的連接或斷開狀態。使用電壓輸出器件時,輸出可能被拉至低電壓或完全斷開,而MCU將無法檢測到這種差異。

    EMI很難消除,而屏蔽、重新布線和采取其他緩解方法會增加設計成本,我建議解決方案應側重于傳感器本身。雙線電流輸出器件本身對電噪聲不那么敏感,因此適用于使用中等長度電纜的遙感應用。盡管通過極長的導線發送信號會造成電壓損失,但是對于大多數工業和汽車應用而言,采用雙線電流輸出傳感器還是可以接受的。

    圖2顯示了具有雙線電流輸出的霍爾效應開關,例如TMAG5124可以使用接地連接在較長距離內傳輸信號。在這個例子中,“雙線”表示必須將VCC和GND從傳感器連接到MCU的通用輸入/輸出。將電流輸出特性與更高的精度(磁場工作點和釋放點的2mT差值)相結合,您就可實現可靠的設計。

    pIYBAF_qxceAeNq7AAA4neMmNec909.png

    圖2:雙線電流輸出傳感器的實施

    使用電流輸出傳感器的汽車應用包括:

    ●安全帶插扣。

    ●座椅位置/占用檢測。

    ●門鎖存器。

    ●駐車制動。

    ●天窗/后備箱閉合。

    ●制動踏板。

    挑戰3–霍爾效應傳感器僅對正交磁場敏感

    如今,大多數單軸霍爾效應傳感器都可以檢測與封裝表面垂直的磁場。如果您需要可以監測平行于封裝側面的磁場的傳感器,則選擇范圍有限。

    圖3說明了實現水平磁場感應的各種方法。盡管可以使用傳統霍爾效應傳感器實現水平磁場感應,但存在一些明顯的缺點。將標準3引腳小型晶體管(SOT-23)封裝安裝到另一個較小的印刷電路板上,會增加組裝成本和復雜性(圖3a)。晶體管輪廓(TO-92)封裝與標準表面貼裝封裝的裝配過程不同,但這也會增加總體設計成本(圖3b)。

    如果遇到類似情況,則可以選擇TMAG5123-Q1這樣的平面霍爾效應開關,它可以檢測表面貼裝封裝側面的磁場。由于它采用SOT-23封裝,也許可以占據更小的空間,因此在機械設計中具有更大的自由度和靈活性(圖3c)。

    pIYBAF_qxeqAUh5hAAEsowewoOY993.png

    圖3:水平磁場感應:圖3a是采用SOT-23封裝的傳統傳感器;

    圖3b是采用TO-92封裝的傳統傳感器;圖3c是采用SOT-23封裝的平面傳感器

    設計挑戰不可避免,但您通常可借助一些方法和器件來加以解決。希望我提供的幾種方法可以解決您在使用霍爾效應傳感器進行設計時遇到的一些常見應用挑戰。
    編輯:hfy

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    普通的體重枰,使用四個半橋的傳感器,體重量程是200KG以內,誤差100 g,上層有一個單片機,通訊接口SPI,請問有什么合適的芯...
    發表于 12-28 10:49 ? 0次 閱讀
    體重枰四個半橋傳感器電路如何設計

    常用的傳感器有哪些

      1、傳感器與環境保護   目前,環球的大氣污染、水質污濁及噪聲已嚴重地破壞了地球的生態平衡和我們賴以生存的環境,這一現...
    發表于 12-25 15:33 ? 0次 閱讀
    常用的傳感器有哪些

    用于工業自動化解決方案的傳感器類型

      工業互聯網完成的關鍵在于數據信息,ADM485JR傳感器對于所有生態系統的智能系統尤為重要。為了融入智能加工廠的各種主要...
    發表于 12-25 14:51 ? 101次 閱讀
    用于工業自動化解決方案的傳感器類型

    無線傳感器網絡中的關鍵技術

      一、網絡自組織連接技術   也稱為拓撲控制技術,傳感器網絡的自組織組網和連接是指在滿足區域覆蓋度和連通度的條件下,通...
    發表于 12-24 17:11 ? 303次 閱讀
    無線傳感器網絡中的關鍵技術

    無線傳感器網絡設計的目標

      目標一:提高性能   對傳感器網絡來說什么是性能?有很多指標可以用來評估傳感器網絡的性能情況,其中主要有:   Ene...
    發表于 12-24 17:08 ? 202次 閱讀
    無線傳感器網絡設計的目標

    電化學傳感器的基本原理

    電化學傳感器的基本原理   三電極傳感器                ...
    發表于 12-24 06:51 ? 0次 閱讀
    電化學傳感器的基本原理

    CAT-RTD0005 彈簧加壓式螺紋軸承 RTD

    看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。? 產品類型特性 傳感器類型? 軸承探頭 元件材料? 鉑, 銅, 鎳 引線導線種類? PTFE 使用環境 最大溫度? 250?°C?[?482?°F?] 包裝特性 元件包裝? 不銹鋼探針,銅質尖端 參考編號 TE 內部編號 CAT-RTD0005...
    發表于 12-16 08:00 ? 8次 閱讀
    CAT-RTD0005 彈簧加壓式螺紋軸承 RTD

    CAT-RTD0006 卡口式尖端敏感 RTD 探頭

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    CAT-RTD0007 柔性鎧裝尖端敏感 RTD 探頭

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    發表于 12-16 08:00 ? 4次 閱讀
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    CAT-RTD0008 小型投入式 RTD 探頭

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    CAT-RTD0009 點傳感 RTD 探頭傳感器

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    發表于 12-16 07:00 ? 4次 閱讀
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    CAT-RTD0010 帶壓縮配件的點傳感 RTD 探頭

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    CAT-RTD0011 帶雙螺紋的點傳感 RTD 探頭

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    CAT-RTD0012 螺紋式點傳感 RTD 探頭

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    CAT-RTD0013 導管盒點傳感 RTD 探頭

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    CAT-RTD0014 空氣傳感 RTD 探頭面板

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    CAT-RTD0015 壁掛式 RTD 溫度傳感器

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    CAT-RTD0016 室外空氣傳感 RTD 探頭傳感器

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    CAT-RTD0017 暖通空調平均化 RTD 探頭

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    CAT-RTD0018 帶壓縮配件的平均化 RTD 探頭

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    CAT-RTD0019 雙螺紋平均化 RTD 探頭

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    CAT-RTD0020 12 MNPT 平均化 RTD 探頭傳感器

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    CAT-RTD0021 帶導管盒的平均化 RTD 探頭

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    CAT-RTD0023 帶壓縮配件的不銹鋼 RTD 探頭

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    CAT-RTD0024 不銹鋼 RTD 與插頭和插孔

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    CAT-RTD0026 SS 定長切割 RTD 探頭傳感器

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    CAT-RTD0026 SS 定長切割 RTD 探頭傳感器
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