3D霍爾效應位置傳感器又出新品,可實現雜散磁場補償

    不久前，TDK-Micronas推出了具有雜散磁場補償的 3D 霍爾效應位置傳感器，為此，電子產品世界等媒體採訪了應用部經理陳興鵬先生。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201904/399465.htm

1   應用領域

問：這種新產品的應用領域是什麼？

答：主要驅動因素就是汽車的電動化趨勢。汽車裡有越來越多的電機和大電流電纜，它們都會產生雜散磁場。

    因此可以說所有應用都需要或多或少的雜散場抗擾度，具體需求則要視精度要求、在車輛中的位置以及自然屏蔽效果等因素而定。

問：在中國的目標客戶主要集中在哪些行業？

答：TDK的線性霍爾效應產品線已在中國具備強大的市場地位。我們的目標就是將3D霍爾效應設備領域的成功複製到中國的所有市場領域。

2  如何實現雜散磁場補償？

問：霍爾傳感器的歷史很長，我們還能有哪些創新？

答：我們仍在不斷改進霍爾元件的性能（靈敏度、噪聲、功耗）和功能（三維採集、應力抗擾度），此次展示的HAL^® 39xy 系列產品的主要創新在於雜散場抗擾度（降低外部幹擾磁場對被測位置/角度相關磁場的影響）。

    其原理就是使用多個霍爾元件，通過智能算法進行信息融合併檢測出幹擾源，從而輸出不受外部磁場幹擾的數據。

    這一切都有賴於直接將霍爾元件集成到CMOS技術中，即能夠輕鬆地將多個霍爾元件集成到一個矽片上。這是該技術的獨特優勢。

問：這款新產品的獨特優勢是什麼？

答：非常靈活，能夠處理許多不同的應用場景和配置。

    我們目前在一個矽片上共使用了10個霍爾元件。根據所用磁體以及被測運動（線性行程、角度、軸上、偏軸）的不同，DSP會採用不同的霍爾元件組合，通過智能算法進行信息融合併檢測出幹擾源，從而輸出不受外部磁場幹擾的數據。

問：新品採用了哪些特有的技術？另外，雜散磁場會對大多數基於霍爾效應技術的位置傳感器產生影響，所以是否會考慮其他技術（諸如TMR）？

答：此次展示的HAL39系列產品其主要創新在於雜散場抗擾度（降低外部幹擾磁場對被測位置/角度相關磁場的影響）。

    其原理就是使用多個霍爾元件，通過智能算法進行信息融合併檢測出幹擾源，從而輸出不受外部磁場幹擾的數據。我們採用了獲得專利的IP。產品規格顯示雜散場剩餘幹擾只有< 0.1°。

    這一切都有賴於直接將霍爾元件集成到CMOS技術中，即能夠輕鬆地將多個霍爾元件集成到一個矽片上。這是該技術的獨特優勢。

    目前TDK也正在努力實現不受雜散場幹擾的TMR（隧道磁阻）解決方案。

3  官方介紹

    陳興鵬經理還提供了書面文章《具有雜散磁場補償的 3D 霍爾效應位置傳感器》，以下是全文。

　 時下， 市場對磁場傳感器的要求日益攀高， 特別是對雜散磁場補償的要求， 這給磁傳感器的設計帶來了新的挑戰。 同時， 人們對自動駕駛功能、 更高的功能安全要求以及對數字接口日益增長的需求呼喚一種具有更多功能和更高靈活性的新型傳感器問世。 鑑於此， TDK 推出一種具有雜散磁場補償功能且採用靈活結構設計的獨特 3D 霍爾效應位置傳感器。

　磁場傳感器，尤其是霍爾效應傳感器，被廣泛應用於工業和汽車電子領域。其主要原因是，它們經濟有效地集成了許多附加功能。近年來，除了霍爾效應開關和一維傳感器外，越來越多的二維/三維傳感器被設計應用到先進的汽車電子領域。這些傳感器必須滿足日益增長的需求，

　例如， ISO 26262 中關於自動駕駛應用的更高安全要求。除此之外，現代汽車具有越來越多的高精度控制的執行器，它們必須提供數字接口(如 SENT、 SPI 和 PSI5)、低功率模式和 3D能力。

　圖 1：新型 Micronas HAL® 39xy 霍爾效應位置傳感器系列，具有多種帶主動雜散磁場補償的測量模式

　3.1  雜散磁場日益增長的挑戰

　雜散磁場的要求是一項重大挑戰，對於磁場傳感器來說更是如此。混合動力車 (HEV) 和純電動車 (BEV) 的電機和電力線帶有高電流，並能產生可以幹預磁場傳感器的磁場。一個現代的霍爾效應傳感器必須能根據最新的 ISO 11452-8 標準和相關的 OEM 要求提供穩健的雜散磁場抗擾性。在過去，人們利用改變應用中磁體的磁場強度來平衡外界的幹擾場。但出於成本的考慮，磁體結構設計越來越趨於小型化，這使得主動雜散磁場補償對於磁場傳感器成為必須。

　3.2  HAL^® 39xy 位置傳感器系列， 獨特的雜散磁場概念

　新型的 Micronas HAL^® 39xy 位置傳感器系列成功達成了所有這些有挑戰性的目標。霍爾傳感器不僅能精確測量磁場，而且對幹擾磁場敏感度低。它們獨特的雜散磁場概念基於垂直和水平霍爾板陣列。傳感器的核心是獲得專利的 3D 霍爾像素單元。高度靈活的傳感器陣列使得設計工程師能針對不同測量任務選擇最佳的雜散磁場概念。

　3.3  HAL 39xy 系列具有四種不同的測量模式

　• 具有雜散磁場補償的線性位置檢測。

　• 具有雜散磁場補償的旋轉 360°角度檢測。

　• 具有雜散磁場補償的旋轉 180°角度檢測。

　• 真 3D 磁場檢測( Bx、 By 和 Bz)。

　每種模式均採用不同霍爾板組合，以確保每種模式都能發揮最佳性能。 HAL39xy 是市場上集成四種模式於單一設備的唯一解決方案，能為客戶帶來了明顯優勢：他們只需一種設備就能滿足不同應用，而無需採用多種不同的硬體版本。

　3.4   可定製且快速成形的靈活架構

　HAL 39xy 系列採用靈活架構，可支持不同配置方法。它具有功能強大的 DSP 和嵌入式微控制器，其中 DSP 主要負責快速信號處理(角度計算，補償等)，微控制器則負責功能安全相關任務的整體調度，接口配置和監控。開發定製固件可供兩個模塊使用。配合靈活的霍爾前端，這使得客戶能實現多種新的應用，例如定製信號處理或支持新接口標準等。 HAL 39xy 的創新架構使客戶能更加輕鬆地應用快速成形技術開發新方案，同時能快捷適應新接口的變化，如SENT 和 PSI5。

　圖 2：除了獲得專利的霍爾單元陣列， Micronas HAL® 39xy 霍爾效應位置傳感器系列還具有強大的DSP 和嵌入式微控制器，且兩者都具有可配置的固件

　3.5  廣泛適用於各種汽車和工業應用的獨特方案

　憑藉新型 Micronas HAL 39x 系列，TDK 現能提供一款可滿足磁場位置傳感器的最新要求的獨特解決方案。這些傳感器廣泛適用於各種汽車和工業應用，包括：

　• 所有種類的閥門和執行器(如冷卻閥門、 EGR、渦輪增壓執行器)；

　• 選擇器和變速器；

　• 踏板位置檢測；

　• 變速箱的位置檢測；

　• 轉向角檢測；

　• 底盤位置檢測。

　另外，TDK 將率先發布採用 SOCI8 封裝的 HAL 3900(SPI)、 HAL 3930(SENT/PWM)和 HAL3980(PSI5) 傳感器。工程設計樣品現在已經可以開始預定。未來還將提供更多封裝類型和其它接口類型。