Allegro A1332 角度傳感器集成電路中先進的片上線性化。它涵蓋了角度傳感器和線性化的介紹、本文中使用的一些重要術(shù)語定義、角度傳感器 IC 使用的磁體、平均磁場和氣隙依賴性、磁體誤差分析、分段線性化、實現(xiàn)步驟分段線性化、諧波線性化、實現(xiàn)諧波線性化的步驟等等。

　　從工業(yè)自動化和機器人到電子動力轉(zhuǎn)向和電機位置傳感等行業(yè)中的許多應(yīng)用都需要監(jiān)測旋轉(zhuǎn)軸的角度，無論是在軸布置還是離軸布置。

　　針對此類應(yīng)用的任何成功的角度測量系統(tǒng)的設(shè)計都需要基于特定用戶的要求。這些可能包括：布置（離軸或同軸）、氣隙、精度和溫度范圍等。特別是，限度地減少溫度、位置偏差和氣隙的角度誤差是一個關(guān)鍵目標(biāo)。

　　這些變量又與系統(tǒng)級設(shè)計選擇相關(guān)，例如磁體幾何形狀、磁體排列（同軸或離軸）、磁性材料和機械公差。因此，角度傳感器 IC 需要具有靈活性，以便在不增加系統(tǒng)級設(shè)計復(fù)雜性和成本的情況下解決這些潛在的誤差源。即使的磁角度傳感器 IC 也只能與它感應(yīng)的磁場一樣好。

　　磁角度測量系統(tǒng)有兩個主要誤差源：

　　傳感器 IC 相關(guān)誤差：固有非線性、參數(shù)溫度漂移和噪聲。

　　磁輸入相關(guān)誤差：場強變化和場非線性。

　　角度誤差是磁鐵的實際位置與角度傳感器 IC 測量的磁鐵位置之間的差異。該測量是通過讀取角度傳感器 IC 輸出并將其與高分辨率編碼器進行比較來完成的。

　　當(dāng)在設(shè)計中使用磁鐵時，磁輸入在整個旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)可能不均勻：它將存在固有誤差。這些磁輸入誤差會導(dǎo)致系統(tǒng)中的測量誤差，并且在考慮具有較高固有磁誤差的側(cè)軸或離軸設(shè)計時變得尤為重要 - 請參閱圖 1。

　　離軸（左）和同軸（右）

　　如果磁輸入的誤差占主導(dǎo)地位，即使是校準(zhǔn)的角度傳感器 IC 也會產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。在大多數(shù)情況下，即使是同軸磁性設(shè)計也會在生產(chǎn)線中組裝客戶模塊期間出現(xiàn)相對較大的未對準(zhǔn)情況。這些磁誤差源是不可避免的，而減輕它們通常是不可能的，而且?guī)缀蹩偸前嘿F的。

　　就角度傳感器 IC 相關(guān)誤差而言，制造商在發(fā)貨給客戶之前會優(yōu)化固有非線性和參數(shù)溫度漂移。通過使用片上濾波，可以針對客戶應(yīng)用優(yōu)化噪聲性能。

　　線性化

　　本文檔介紹了一種角度傳感器 IC（Allegro A1332），其中通過使用先進的線性化技術(shù)來補償客戶生產(chǎn)線末端制造位置的這些誤差，從而解決了這個問題。特別是，它展示了如何將超過 ±20° 的磁輸入相關(guān)誤差線性化至低至 ±0.3°：大約提高了 65 倍。

　　這種線性化可以基于目標(biāo)磁體圍繞角度傳感器 IC 的單次旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)來執(zhí)行。該旋轉(zhuǎn)的角度讀數(shù)用于生成線性化系數(shù)，然后將其存儲到片上 EEPROM 中，從而優(yōu)化該磁性系統(tǒng)的角度傳感器 IC。

　　A1332 角度傳感器 IC 使用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，允許調(diào)整角度傳感器 IC 的傳輸特性，以便角度傳感器 IC 可以將所施加磁場矢量角度的線性變化輸出為相應(yīng)的線性角度增量。它是根據(jù)磁鐵繞角度傳感器 IC 旋轉(zhuǎn)一圈收集的數(shù)據(jù)執(zhí)行的。

　　諧波線性化以 15 個校正諧波的形式應(yīng)用線性化，其相位和幅度通過對磁鐵繞角度傳感器 IC 旋轉(zhuǎn)一圈收集的數(shù)據(jù)執(zhí)行 FFT（快速傅立葉變換）來確定。這兩種技術(shù)都可以使用 Allegro 提供的軟件輕松實現(xiàn)，以計算系數(shù)并對片上 EEPROM 進行編程。