作者：HANNES BIRK，3D 磁傳感器營銷經(jīng)理，英飛凌科技股份公司

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磁性傳感器是汽車和工業(yè)系統(tǒng)中非接觸式測量和位置傳感應用的主要技術。與所有基于硅的設備一樣，跨代產(chǎn)品集成度的提高帶來了更強大的功能和更簡單、更強大的系統(tǒng)設計。以更低的成本提供更多的傳感能力驅(qū)動的產(chǎn)品創(chuàng)新機會對設計工程師來說是個好消息。

霍爾傳感器元件檢測垂直于嵌入它的芯片表面的方向上的磁場通量。因此，使用傳統(tǒng)霍爾器件在 3D 空間（x,y 和 z 坐標）中建立位置需要至少兩個單獨的傳感器：例如，用于建立 x,y 坐標的差分霍爾（一個芯片上的兩個傳感器）和一個獨立的單個霍爾器件以直角定位。這反過來又需要對多個傳感元件進行精確設計的放置和校準。這種復雜程度以及實現(xiàn)多設備磁性 3D 傳感器所需的物理空間意味著工程師在評估 3D 位置傳感技術時面臨權衡取舍。在許多情況下，無論是機械的，?

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當經(jīng)典的磁性霍爾傳感器在單個芯片上制造有垂直和水平板以實現(xiàn) 3D 場感測時，該等式發(fā)生了變化（圖 1）。垂直霍爾板對來自 x 和 y 方向的平面定向場分量敏感，而水平霍爾板對垂直（z 方向）定向場分量敏感。

圖 1：經(jīng)典的磁性霍爾傳感器在單個芯片上制造了垂直和水平板，以實現(xiàn) 3D 場感應。

英飛凌在小型 6 引腳封裝中提供基于能量吸取的霍爾傳感器，具有五種可選功率模式（圖 2），用于 x、y 和 z 方向的磁場檢測，以可靠地測量三維、線性和旋轉(zhuǎn)運動. 應用包括操縱桿、控制元件（例如白色家電中的多功能旋鈕）以及電表中的篡改檢測/預防。

圖 2：具有五種可選功率模式的能量啜飲霍爾傳感器采用小型 6 引腳封裝，用于 x、y 和 z 方向的磁場檢測。

豐富的應用領域

在典型的電流互感器電表中，基于兩個端子之間流動的電壓和電流測量能量，放置在電表外部的強大永磁體會使電流傳感器失效。實施用于防篡改的磁感應的傳統(tǒng)方法是基于兩個霍爾傳感器（一個焊接在相關 PCB 上，另一個垂直焊接在單獨的小 PCB 上）。實施這種方法的挑戰(zhàn)包括機械構(gòu)造、校準和調(diào)整的復雜性——這會增加成本——以及多設備解決方案的更高功耗。單個 3D 磁傳感器可解決這些挑戰(zhàn)，無需額外組件即可帶來大磁場范圍、高分辨率和溫度測量。

在包括計算外圍設備和白色家電在內(nèi)的許多消費產(chǎn)品中，磁傳感器取代了機械和光學解決方案。與機械設備相比，磁傳感器在覆蓋大范圍運動方面更加準確。對于光學傳感，挑戰(zhàn)不是運動范圍，而是視線要求。

幾十年來，操縱桿的設計已經(jīng)從四個機械開關發(fā)展到一對電位器。使用 3D 磁傳感器實現(xiàn)了更加簡化的設計，結(jié)合了在惡劣操作環(huán)境中的出色耐用性和非接觸式設計的長壽命。這種方法廣泛用于工業(yè)環(huán)境中的機器控制操縱桿。最新一代 3D 傳感器以 3.3 kHz 的頻率運行（每秒 3,300 次測量，功耗為 3.7 mA），以適合大眾市場游戲系統(tǒng)的成本提供精確和閃電般的快速控制（圖 3）。

最新一代 3D 傳感器，工作頻率為 3.3 kHz（每秒 3,300 次測量，功耗為 3.7 mA），可實現(xiàn)精確和閃電般的快速控制

對于消費類白色家電上無處不在的多功能旋鈕，3D 磁傳感器極大地改變了設計考慮。在多個堆疊 PCB 上實現(xiàn)的多個開關和基于光電傳感器的旋轉(zhuǎn)編碼器被傳感器和磁性元件取代。

總之，基于霍爾的 3D 磁傳感器提供的靈活性使該技術成為替代電位計和光學解決方案以及簡化現(xiàn)有磁位置傳感設計的絕佳候選者。設計人員應考慮線性測量范圍、有效分辨率（考慮某些讀數(shù)中的噪聲）、總線數(shù)據(jù)速率以及在微控制器控制系統(tǒng)中集成的容易程度、工作溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性和功耗曲線等因素。對于汽車應用，AEC Q-100 認證也必須是設計清單的一部分。

　　審核編輯：湯梓紅