​高集成、低功耗的3D霍尔磁性位置传感器

电子发烧友网报道（文/李诚）随着各类智能终端应用不断向电气化的转变，使得市场对磁性位置传感器需求的呼声也愈发强烈，尤其是在汽车电子及工业自动化领域。3D霍尔磁性位置传感器结合霍尔效应可对X、Y、Z三个轴向的磁场分量进行测量，进而实现更高效、高精度的实时控制功能。

在汽车领域，3D霍尔磁性位置传感器能为智能辅助驾驶系统提供更高精度的转向、制动、变速箱和节气门系统等，进行有关安全的关键性参数进行测量，保证汽车智能辅助驾驶系统的安全性和稳定性，是汽车电气化、智能化快速增长的一大关键。
在工业自动化领域，3D霍尔磁性位置传感器多用于工业机器人关节转向部分，为机器人提供高分辨率、高效的电机转向反馈。随着工业机器人功能的不断强化和应用场景的不断拓展，机器人关节数量也在成倍地增加，对3D霍尔磁性位置传感器用量的需求也在快速增长。
为加速终端应用智能化的快速发展，TI、TDK等众多企业相继推出了满足工业、汽车应用要求的3D霍尔磁性位置传感器，用于提高设备的实时控制能力和优化系统效率。

TI首款高精度3D霍尔位置传感器

此前，TI为助力工业智能化的发展，推出了一款专用于工业自动化应用的3D霍尔磁性位置传感器TMAG5170。虽说该传感器是TI的首款3D霍尔位置传感器，但在数据读取精度、安全性与系统功耗方面与同类竞品相比均有不小的提升。

图源：TI
TI为保证该传感器在测量精度与电机运动速度方面的二者兼得，提高在实际应用中的综合性能，采用了高通量读数和高精度线性测量的方法。通过二者的结合，即使在20ksps的高数据吞吐速率的情况下无需矫正也能保证其精度，无需额外的矫正以及误差补偿，有利于简化电路的设计以及灵活性，降低产品的开发成本，缩短研发周期。在常温条件下，线性测量最大误差也仅有2.6%，与其他品牌同类产品相比总误差值降低了约30%。
在工业应用中，安全与效率是备受关注的一部分，为避免因3D霍尔位置传感器的故障导致设备停机以及其他问题出现，造成一系列不必要的损失。TI在该传感器中加入了一整套包括磁场、温度、通信等多个方面在内的智能诊断系统，以此保证终端应用的稳定性与可靠性。通过片上集成的方式，减少了外围诊断电路的铺设，产品物料使用方面也有不同程度地降低，对于大批量生产的设计而言，这款传感器具有较高的性价比。
在系统功耗优化方面，TMAG5170片上集成了数据计算处理单元，可为系统中所使用MCU分担25%的工作负载，因此TMAG5170与低功耗的MCU也能完成高精度的采样。同时，TMAG5170还可通过多种工作模式切换，实现电能利用率的最大化。基于多种工作模式和采样率的优势，与同类型产品相比，该传感器的功耗至少可降低70%。

TDK基于3D HAL技术的霍尔磁性位置传感器

在汽车应用方面，TDK于去年11月，推出了一款符合ISO 26262 ASIL-B标准的汽车级3D霍尔磁性位置传感器HAR 3927。该传感器采用了TDK独有的3D HAL感应专利技术，该技术能够通过磁场在X、Y、Z三个方向上的分量相对强度进行测量，检测角度最高为360°，并对抗外部杂散磁场。
图源：TDK
基于360°的检测角度，在实际应用中该传感器适用于在加速踏板、电子节气门控制、旋钮式换挡器以及后轴转向系统中进行旋转角度的检测。同时还能在离合器或制动踏板、变速器系统、汽缸和阀门位置感应等应用中进行线性位置检测。
图源：TDK
HAR 3927是一款冗余的传感器，传感器内部集成了两颗霍尔位置传感器芯片，并将这两颗芯片堆叠的方式封装在传感器内部，以此保证这两款芯片磁场位置占比的一致性和测量数据输出的同步性，同时还降低了传感器的整体体积，提高在开发过程中产品布局的灵活性。
在测量数据输出方面，该传感器可输出17个可变的标定点和33的固定标定点，输出格式可以根据实际需求选择模拟输出或数字SENT输出。同时还可以通过对非易失性存储器编程，进行误差补偿，提高测量精度以保证车辆行驶的安全性。

总结

在工业4.0、汽车智能化的快速发展浪潮中，打开了3D霍尔磁性位置传感器的市场，刺激了新产品的迭代。相信在不久的未来，将会有更多兼具高速度和高精度的3D霍尔磁性位置传感器进入市场，助力智能化的发展。

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