A1332角度传感器集成电路中先进的片上线性化

　　Allegro A1332 角度传感器集成电路中先进的片上线性化。它涵盖了角度传感器和线性化的介绍、本文中使用的一些重要术语定义、角度传感器 IC 使用的磁体、平均磁场和气隙依赖性、磁体误差分析、分段线性化、实现步骤分段线性化、谐波线性化、实现谐波线性化的步骤等等。

　　从工业自动化和机器人到电子动力转向和电机位置传感等行业中的许多应用都需要监测旋转轴的角度，无论是在轴布置还是离轴布置。

　　针对此类应用的任何成功的角度测量系统的设计都需要基于特定用户的要求。这些可能包括：布置（离轴或同轴）、气隙、精度和温度范围等。特别是，限度地减少温度、位置偏差和气隙的角度误差是一个关键目标。

　　这些变量又与系统级设计选择相关，例如磁体几何形状、磁体排列（同轴或离轴）、磁性材料和机械公差。因此，角度传感器 IC 需要具有灵活性，以便在不增加系统级设计复杂性和成本的情况下解决这些潜在的误差源。即使的磁角度传感器 IC 也只能与它感应的磁场一样好。

　　磁角度测量系统有两个主要误差源：

　　传感器 IC 相关误差：固有非线性、参数温度漂移和噪声。

　　磁输入相关误差：场强变化和场非线性。

　　角度误差是磁铁的实际位置与角度传感器 IC 测量的磁铁位置之间的差异。该测量是通过读取角度传感器 IC 输出并将其与高分辨率编码器进行比较来完成的。

　　当在设计中使用磁铁时，磁输入在整个旋转范围内可能不均匀：它将存在固有误差。这些磁输入误差会导致系统中的测量误差，并且在考虑具有较高固有磁误差的侧轴或离轴设计时变得尤为重要 - 请参阅图 1。

　　

　　离轴（左）和同轴（右）

　　如果磁输入的误差占主导地位，即使是校准的角度传感器 IC 也会产生不准确的结果。在大多数情况下，即使是同轴磁性设计也会在生产线中组装客户模块期间出现相对较大的未对准情况。这些磁误差源是不可避免的，而减轻它们通常是不可能的，而且几乎总是昂贵的。

　　就角度传感器 IC 相关误差而言，制造商在发货给客户之前会优化固有非线性和参数温度漂移。通过使用片上滤波，可以针对客户应用优化噪声性能。

　　线性化

　　本文档介绍了一种角度传感器 IC（Allegro A1332），其中通过使用先进的线性化技术来补偿客户生产线末端制造位置的这些误差，从而解决了这个问题。特别是，它展示了如何将超过 ±20° 的磁输入相关误差线性化至低至 ±0.3°：大约提高了 65 倍。

　　这种线性化可以基于目标磁体围绕角度传感器 IC 的单次旋转的数据来执行。该旋转的角度读数用于生成线性化系数，然后将其存储到片上 EEPROM 中，从而优化该磁性系统的角度传感器 IC。

　　A1332 角度传感器 IC 使用两种不同的线性化技术：分段线性化和谐波线性化：

　　分段线性化是一种可编程功能，允许调整角度传感器 IC 的传输特性，以便角度传感器 IC 可以将所施加磁场矢量角度的线性变化输出为相应的线性角度增量。它是根据磁铁绕角度传感器 IC 旋转一圈收集的数据执行的。

　　谐波线性化以 15 个校正谐波的形式应用线性化，其相位和幅度通过对磁铁绕角度传感器 IC 旋转一圈收集的数据执行 FFT（快速傅立叶变换）来确定。这两种技术都可以使用 Allegro 提供的软件轻松实现，以计算系数并对片上 EEPROM 进行编程。