本文檔介紹了Allegro的A1332角度傳感器集成電路中的高級(jí)片上線性化。它涵蓋了角度傳感器和高級(jí)線性化的介紹，本文中使用的術(shù)語(yǔ)的一些重要定義，角度傳感器IC使用的磁體，平均磁場(chǎng)和氣隙依賴(lài)性，磁體誤差分析，分段線性化，實(shí)現(xiàn)步驟分段線性化，諧波線性化，實(shí)現(xiàn)諧波線性化的步驟等等。

從工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)到電子助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)機(jī)位置檢測(cè)，在工業(yè)中的許多應(yīng)用都需要監(jiān)視旋轉(zhuǎn)軸的角度，無(wú)論是在軸上還是在軸外。

用于此類(lèi)應(yīng)用的任何成功的角度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都必須基于特定用戶(hù)的要求。這些可能包括：布置（軸外或軸上），氣隙，精度和溫度范圍等。特別地，使溫度范圍內(nèi)的角度誤差，位置失準(zhǔn)和氣隙最小化是一個(gè)主要目標(biāo)。

這些變量又與系統(tǒng)級(jí)別的設(shè)計(jì)選擇相關(guān)，例如磁體幾何形狀，磁體布置（同軸或偏軸），磁性材料和機(jī)械公差。因此，角度傳感器IC需要靈活性，以便在不增加系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和成本的情況下解決這些潛在的誤差源。即使是最好的磁角度傳感器IC也只能達(dá)到其感應(yīng)到的磁場(chǎng)。

磁角測(cè)量系統(tǒng)有兩個(gè)主要誤差源：

傳感器IC相關(guān)的錯(cuò)誤：固有非線性，參數(shù)溫度漂移和噪聲。

磁輸入相關(guān)的誤差：磁場(chǎng)強(qiáng)度變化和磁場(chǎng)非線性。

角度誤差是磁體的實(shí)際位置與角度傳感器IC測(cè)量的磁體位置之間的差。通過(guò)讀取角度傳感器IC輸出并將其與高分辨率編碼器進(jìn)行比較來(lái)完成此測(cè)量。

在設(shè)計(jì)中使用磁體時(shí)，磁輸入在整個(gè)旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)可能會(huì)不均勻：它將具有固有誤差。這些磁輸入誤差會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中的測(cè)量誤差，在考慮具有更高固有磁誤差的側(cè)軸或離軸設(shè)計(jì)時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要-見(jiàn)圖1。

離軸（左）和離軸（右）

如果磁輸入的誤差貢獻(xiàn)占支配地位，則即使是最精確校準(zhǔn)的角度傳感器IC也會(huì)產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。在大多數(shù)情況下，即使是軸上的磁性設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)模塊中的客戶(hù)模塊組裝過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。這些磁誤差源是不可避免的，減輕它們通常是不可能的，而且?guī)缀蹩偸呛馨嘿F的。

就與角度傳感器IC相關(guān)的誤差而言，制造商在將其交付給客戶(hù)之前會(huì)優(yōu)化固有的非線性和參數(shù)溫度漂移。通過(guò)使用片上濾波，可以針對(duì)客戶(hù)應(yīng)用優(yōu)化噪聲性能。

高級(jí)線性化

本文檔介紹了一種角度傳感器IC（Allegro A1332），其中該問(wèn)題通過(guò)使用先進(jìn)的線性化技術(shù)來(lái)補(bǔ)償客戶(hù)終端生產(chǎn)位置的這些誤差而得以解決。特別是，它顯示了如何將超過(guò)±20°的與磁輸入相關(guān)的誤差線性化至低至±0.3°：大約提高了65倍。

可以基于來(lái)自目標(biāo)磁體圍繞角度傳感器IC的單次旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行該線性化。從該旋轉(zhuǎn)獲得的角度讀數(shù)用于生成線性化系數(shù)，然后將其存儲(chǔ)到片上EEPROM中，從而針對(duì)該磁性系統(tǒng)優(yōu)化該角度傳感器IC。

A1332角度傳感器IC中使用了兩種不同的線性化技術(shù)：分段線性化和諧波線性化：

分段線性化是一種可編程功能，它允許調(diào)整角度傳感器IC的傳遞特性，以便可以通過(guò)角度傳感器IC將施加的磁場(chǎng)矢量角度的線性變化作為相應(yīng)的線性角度增量輸出。它是根據(jù)磁鐵繞角度傳感器IC旋轉(zhuǎn)一圈所收集的數(shù)據(jù)執(zhí)行的。

諧波線性化以15個(gè)校正諧波的形式應(yīng)用線性化，其相位和幅度是通過(guò)FFT（快速傅立葉變換）來(lái)確定的，該FFT是對(duì)磁體圍繞角度傳感器IC旋轉(zhuǎn)一圈所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行的。這兩種技術(shù)都可以使用Allegro提供的軟件輕松地實(shí)現(xiàn)，以計(jì)算系數(shù)并對(duì)片上EEPROM進(jìn)行編程。

編輯：hfy