Allegro ATS344LSP的应用与优点磁回偏差线辅线传感器IC

Allegro ATS344LSP的应用与优点磁回偏差线辅线传感器IC

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由Yannick Vuillermet，
亚博棋牌游戏Allegro Microsystems欧洲有限公司

介绍

本申请说明旨在介绍典型使用AllegroATS344LSP.背部偏差差分线性传感器IC。该传感器的主要应用是测量线性运动，例如轴轴向位移。

为了适当使用，该传感器必须与设计良好的移动铁磁目标相关联。后偏置装置和差分传感技术需要特定的目标形状来产生有用的磁信号。

ATS344LSP包括双线输出接口，并将旁路电容集成到包装中，这使得适用于分散的传感（典型的汽车应用中），而无需印刷电路板。亚博尊贵会员

与通常用于线性位置测量的磁传感器相比，ATS344LSP提供独特的性能优势。

在以下应用说明中，描述了ATS344LSP检测原理，解释了其磁配置的优点，并且示出了典型的用户应用程序。

ATS344LSP测量原理

ATS344LSP在单个封装中包含两个霍尔板，HP₁和HP.₂，分开3毫米，稀土磁铁，位于这些传感元件后面（见图1）。

磁铁沿Y轴磁化，两个霍尔板沿Y轴测量场强。传感器测量差分场ΔB= B.₂- B.₁。B.₂是由HP测量的字段₂和B.₁是由HP测量的字段₁。

在图2中，ATS344LSP传感器放置在基本铁磁性目标的前面。作为提醒，铁磁材料是在放置在外部磁场中时被磁化的材料。铁磁材料还倾向于集中局部磁场线。大多数钢都是铁磁性的。

在这种情况下，目标作为传感器背部磁体的结果获取磁化。该目标磁化产生了其自己的磁场，由霍尔板HP感测₁和HP.₂。

霍尔板也看到来自磁铁的背景磁场（称为磁体基线）。然而，在理想情况下，在差分操作期间有利地减去磁体基线场。

由于图2中的目标形状，霍尔板1感测
比霍尔板2更多的场地：差分场ΔB₁= B.₂- B.₁然后是负和大的。

在下文中，气隙被定义为目标到传感器的最近点与传感器封装的面部之间的距离（参见图2）。

当目标移动到左侧时，如图3所示，差分场ΔB₂仍然是负的，但B之间的差异比较小得多₁和B.₂。差分磁场变化的原因是单个霍尔板上测量磁场水平与传感器到目标的距离之间的非线性行为。

该非线性函数可以在图4中可以看出，这表明由单个霍尔板与该霍尔板和铁磁靶之间的距离相比所感测的场的典型行为（具有任意单位）。该图还提供了红色的情况和绿色的形式，如图3的情况。

因此，由ATS344LSP感测的差分场ΔB是目标的直接测量目标的独特位置（图5）。

ATS3444LSP的优点与其他磁力装置

ATS344LSP提供了一种独特而有利的方法，用于测量线性位移。下面描述用于测量线性位移的其他常见技术。

第一常用技术使用与零高斯（或0G）环磁体相关联的单场测量（例如，单个霍尔板）（图6）。零高斯磁铁是磁铁
设计成在霍尔板位置（即磁体基线为零）没有场。环磁体也沿Y轴磁化。

零高斯磁铁配合单霍尔板IC，以限制来自温度变化导致的传感器的不准确性（例如，SMCO稀土磁铁输掉约4％
它的强度在150°C与20°C）相比。非零高斯磁体将具有高基线磁场，并且难以补偿该场的变化。

对于这些类型的线性位移测量，相应的Allegro IC是例如ATS341SSE。

由这种零高斯系统的霍尔板感测的字段是传感器和移动铁磁目标之间的距离的非线性测量：较近目标，更亮
场。传感器响应如图4所示。

0 g布置的主要优点是概念的简单性。缺点主要是昂贵的0 g磁体（与矩形磁体相比）和对外部的敏感性
扰动磁场 - 任何外部场扰动都将由单个霍尔板直接感测。注意，通常还需要校准应用中的这种类型的传感器，以补偿实际安装气隙中的变化。

用于测量线性位移的第二种常用技术使用安装在移动物体上的永磁体和能够测量角度的传感器
由该磁铁产生的磁场。

图7示出了该原理：移动磁铁沿X轴磁化。测量磁场角β并直接测量磁体位置。

有关此原则的更多信息，请参阅Allegro应用程序注意：Allegro网站上可用的“使用角度传感器IC”的“线性位置感应”。例如，用于这些类型的线性位移测量的相应allegro IC是例如A1335。

图7中的配置对气隙变化具有低灵敏度，并且根据磁体设计，这是本申请中描述的唯一能够达到大的技术
气隙（> 4 mm）和长行​​程距离（> 10 mm）。

这种配置的主要缺点是需要将磁铁安装在系统中要感测的移动物体上。安装磁铁的过程很昂贵，总有
磁铁的可能性从物体移位。

另外，磁角度测量对外部扰动磁场敏感。

由于ATS3444LSP中使用的差分传感原理，该IC对外部磁场扰动非常不敏感。在IC中使用的差分处理电路自然地拒绝对霍尔板（即共模场）类似的扰动。ATS344LSP对两个大厅板上不同的扰动仍然敏感。例如，与SP封装引线平行的导线远离传感器40mm，携带500a，将产生在传感器输出上观察到的2g差分响应。但请注意，在这种情况下，单个或2D场测量值将感测25克变化。

ATS344LSP的差分测量技术还允许使用简单且经济高效的矩形磁体而不是复杂和昂贵的零高斯磁体。使用更简单的磁铁是可能的，因为磁体基线被ATS344LSP中的差分计算取消。

使用具有集成后偏置磁铁的铁磁目标和IC具有许多优点，并且还有必须考虑的权衡。主要权衡有关
操作气隙能力和IC的线性位移传感范围。这些参数受到Allegro SP封装中集成磁铁的尺寸的限制。对于SP包，
典型的最大气隙约为2毫米，最大感测的行驶范围约为10毫米。在移动磁体技术的情况下，气隙能力和行驶范围可以更大 - 以非常大且昂贵的磁铁的成本和对外部扰动场的免疫力降低。

在一些应用中，待亚博尊贵会员感测的移动物体是将线性移位的轴，但也可以围绕其轴线旋转。在这种情况下，移动磁铁方法需要磁铁
覆盖轴的全周。这也将导致过大而昂贵的磁铁。

如已经讨论过的，与安装离散磁体相比，使用ATS344LSP和钢目标以测量线性位移通常更容易且更便宜。

表1：不同应用架构进行线性位移测量的比较

	0 g偏见 和单身 测量 （ATS341LSE）	移动磁铁和 磁场角度 测量（A1335）	ATS344LSP. 背部偏见 微分 测量
最大气盈率 [毫米]	≈2	> 4 *	≈2
典型的中风 长[mm]	≈10	取决于 移动磁铁 高达数十 毫米*	≈10
典型的 准确性	中等的	高的*	中等的
校准 里面 应用	受到推崇的	可以避免	受到推崇的
免疫 到外部 扰动场	低的	低的	高的
磁铁	融合的 复杂形状	取决于 应用	融合的 简单的形状
目标	铁磁	永恒的 磁铁	铁磁
目标 安装	简单的	难的	简单的

*具有良好的空气间隙能力，长距离和/或良好的精度始终处于大型和昂贵的移动磁铁的成本。

表1中的数据仅是典型值。有关特定应用程序的更多详细信息，请联系本地Allegro工程师。

典型的应用示例

请注意，以下所有结果都来自模拟，可能与真实世界的结果略有不同。

在该示例中，目标是确定目标的位置（图8）。目标沿X轴移动。

为了说明ATS344LSP传感器的性能，请考虑典型的应用要求以下要求：

• 静气隙：1.35±0.45 mm
• 动态气隙：±0.05 mm
• 温度范围：-40至150°C
• 旅行范围R.：10毫米
• 2点校准由用户在线性行程的端点进行：在这些位置预期的10/90％PWM输出

为了具有适当的输入场范围，使用V形目标，其在ATS344LSP传感器上生成双极差分字段。

如前所述，磁场不会与应用气隙线性降低（图4）。亚博尊贵会员因此，使用直的V形靶（图9）本质上将导致
非线性差分传感器输出和精度误差。此错误称为目标内在非线性。

然而，目标形状优化可以补偿这种固有的非线性。实际上，该领域倾向于在近距离间隙处非常快地减少，并且在大的空气间隙中更慢。因此，在V形中间具有较大斜率的靶（即，其中霍尔板实际上是大气隙）可以补偿非线性磁场行为。

适当的目标设计还必须考虑其他应用参数（例如，动态气隙变化）和传感器IC误差（偏移漂移温度，灵敏度漂移
温度等）。

图10示出了应用例的最佳目标的横截面图。目标长度L.选择了14毫米，不仅适合旅行范围和之间的距离
霍尔板（3毫米），但也有关于V形终点的边距。需要这种余量以避免V形区域外部的扁平区域的错误测量。这里已经采取了1毫米的余量。然后给出目标长度L：

l≥r+ 4 mm

对于V形高度，建议在2到4毫米之间（3.5mm，如图10所示）。小于2毫米的高度会导致小差异字段，因此
较高的位置不准确。大于4毫米的高度不会显着增加该场，因为铁磁材料离传感器太远。

图11显示了ATS344LSP传感器在该最佳目标前面感测的差分场，而目标轴向位置和与气隙相比。可以看出，差压在标称施加气隙（1.35mm）和大的空气间隙中是线性的，但在小的空气间隙下显着偏离。这是故意的：在小的空气间隙下，传感器感测的差分场得多（图12）使得传感器对测量误差（主要是IC偏移漂移而言更敏感。因此，必须进行折衷，必须在小型和大的空隙下获得类似的精度性能。在空气隙中，误差主要来自内在目标非线性，并且在大的空气间隙中，误差主要来自传感器测量误差。

现在，将评估该应用示例的预期的准确性。为了获得现实的值，进行了蒙特卡罗统计分析。在该模拟中，根据其统计分布规律，为不同的应用参数（例如，安装气隙和传感器偏移误差）进行建模成千上万的现实情况。对于这些情况中的每一个，评估传感器输出精度。

给出的结果对于全IC温度范围有效，包括传感器寿命漂移。这里报告的错误是目标位移全系列的最大位置误差。这
考虑寿命的偏移漂移是±12g（基于在类似产品上执行的温度循环测试的降低;该号码将通过ATS344LSP的未来测试确认）。

假设以下机械分布用于执行蒙特卡罗分析：

范围	分配	意思是[mm]	标准 偏差[mm]
安装 气隙	高斯	1.35	0.15
最大动感 气隙	高斯; 只有积极的 保留值	0.	0.05 / 3.

图13显示了在评估所有模拟案例的完整旅行范围内的最大位置误差的分布。它包括安装气隙，动态气隙变化，温度变化，传感器误差和目标内在非线性。传感器误差包括温度，偏移和灵敏度漂移，传感器分辨率和非线性的偏移和灵敏度漂移。请注意，％FS（％满量程）代表完整的线性旅行范围的百分比。

在安装在应用中安装后，传感器校准，使得行程范围的第一端返回10％PWM，第二端返回90％PWM（参见图14）。

平均误差约为4.9％FS，标准偏差约为1.3％FS。从错误分布分析，看起来大约3000ppm的样本具有最大误差
大于9.4％FS或0.94毫米。

尽管未进行输出线性化以补偿内在目标非线性，但传感器的最终精度合理。

图14示出了对于一个随机仿真情况，传感器输出的预期包络相对于所有变化的参数。

图15显示了典型的测量误差如何与安装气隙相比。正如所预期的那样，最小误差围绕标称空气隙，曲线大致对称
相对于安装气隙范围（0.9至1.8mm）。

结论

亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems ATS3444LSP磁性反向偏置差分线性传感器IC在测量目标或轴的线性行程位置时提供独特的优势。与传统的零高斯背部偏置线性IC相比或磁性相比角度传感器IC.感应移动磁铁，ATS344LSP提供：

• 消除客户系统的磁铁
• 轻松集成铁磁性目标
• 对外部扰动场的敏感性非常低

因此，建议使用ATS344LSP：

• 在苛刻的磁环境中，
• 简化目标安装（降低成本），
• 提高应用中目标夹具的机械可靠性。

有关如何的详细信息ATS344LSP.将在特定应用程序中执行，联系当地的Allegro应用工程师。