3D霍尔效应位置传感器又出新品，可实现杂散磁场补偿

作者：迎九时间：2019-04-12来源：电子产品世界收藏

不久前，TDK-Micronas推出了具有杂散磁场补偿的 3D 霍尔效应位置传感器，为此，电子产品世界等媒体采访了应用部经理陈兴鹏先生。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201904/399465.htm

1 应用领域

问：这种新产品的应用领域是什么？

答：主要驱动因素就是汽车的电动化趋势。汽车里有越来越多的电机和大电流电缆，它们都会产生杂散磁场。

因此可以说所有应用都需要或多或少的杂散场抗扰度，具体需求则要视精度要求、在车辆中的位置以及自然屏蔽效果等因素而定。

问：在中国的目标客户主要集中在哪些行业？

答：TDK的线性霍尔效应产品线已在中国具备强大的市场地位。我们的目标就是将3D霍尔效应设备领域的成功复制到中国的所有市场领域。

2 如何实现杂散磁场补偿？

问：霍尔传感器的历史很长，我们还能有哪些创新？

答：我们仍在不断改进霍尔元件的性能（灵敏度、噪声、功耗）和功能（三维采集、应力抗扰度），此次展示的HAL^® 39xy 系列产品的主要创新在于杂散场抗扰度（降低外部干扰磁场对被测位置/角度相关磁场的影响）。

其原理就是使用多个霍尔元件，通过智能算法进行信息融合并检测出干扰源，从而输出不受外部磁场干扰的数据。

这一切都有赖于直接将霍尔元件集成到CMOS技术中，即能够轻松地将多个霍尔元件集成到一个硅片上。这是该技术的独特优势。

问：这款新产品的独特优势是什么？

答：非常灵活，能够处理许多不同的应用场景和配置。

我们目前在一个硅片上共使用了10个霍尔元件。根据所用磁体以及被测运动（线性行程、角度、轴上、偏轴）的不同，DSP会采用不同的霍尔元件组合，通过智能算法进行信息融合并检测出干扰源，从而输出不受外部磁场干扰的数据。

问：新品采用了哪些特有的技术？另外，杂散磁场会对大多数基于霍尔效应技术的位置传感器产生影响，所以是否会考虑其他技术（诸如TMR）？

答：此次展示的HAL39系列产品其主要创新在于杂散场抗扰度（降低外部干扰磁场对被测位置/角度相关磁场的影响）。

其原理就是使用多个霍尔元件，通过智能算法进行信息融合并检测出干扰源，从而输出不受外部磁场干扰的数据。我们采用了获得专利的IP。产品规格显示杂散场剩余干扰只有< 0.1°。

这一切都有赖于直接将霍尔元件集成到CMOS技术中，即能够轻松地将多个霍尔元件集成到一个硅片上。这是该技术的独特优势。

目前TDK也正在努力实现不受杂散场干扰的TMR（隧道磁阻）解决方案。

3 官方介绍

陈兴鹏经理还提供了书面文章《具有杂散磁场补偿的 3D 霍尔效应位置传感器》，以下是全文。

　时下，市场对磁场传感器的要求日益攀高，特别是对杂散磁场补偿的要求，这给磁传感器的设计带来了新的挑战。同时，人们对自动驾驶功能、更高的功能安全要求以及对数字接口日益增长的需求呼唤一种具有更多功能和更高灵活性的新型传感器问世。鉴于此， TDK 推出一种具有杂散磁场补偿功能且采用灵活结构设计的独特 3D 霍尔效应位置传感器。

　磁场传感器，尤其是霍尔效应传感器，被广泛应用于工业和汽车电子领域。其主要原因是，它们经济有效地集成了许多附加功能。近年来，除了霍尔效应开关和一维传感器外，越来越多的二维/三维传感器被设计应用到先进的汽车电子领域。这些传感器必须满足日益增长的需求，

　例如， ISO 26262 中关于自动驾驶应用的更高安全要求。除此之外，现代汽车具有越来越多的高精度控制的执行器，它们必须提供数字接口(如 SENT、 SPI 和 PSI5)、低功率模式和 3D能力。

　图 1：新型 Micronas HAL® 39xy 霍尔效应位置传感器系列，具有多种带主动杂散磁场补偿的测量模式

　3.1 杂散磁场日益增长的挑战

　杂散磁场的要求是一项重大挑战，对于磁场传感器来说更是如此。混合动力车 (HEV) 和纯电动车 (BEV) 的电机和电力线带有高电流，并能产生可以干预磁场传感器的磁场。一个现代的霍尔效应传感器必须能根据最新的 ISO 11452-8 标准和相关的 OEM 要求提供稳健的杂散磁场抗扰性。在过去，人们利用改变应用中磁体的磁场强度来平衡外界的干扰场。但出于成本的考虑，磁体结构设计越来越趋于小型化，这使得主动杂散磁场补偿对于磁场传感器成为必须。

　3.2 HAL^® 39xy 位置传感器系列，独特的杂散磁场概念

　新型的 Micronas HAL^® 39xy 位置传感器系列成功达成了所有这些有挑战性的目标。霍尔传感器不仅能精确测量磁场，而且对干扰磁场敏感度低。它们独特的杂散磁场概念基于垂直和水平霍尔板阵列。传感器的核心是获得专利的 3D 霍尔像素单元。高度灵活的传感器阵列使得设计工程师能针对不同测量任务选择最佳的杂散磁场概念。

　3.3 HAL 39xy 系列具有四种不同的测量模式

　• 具有杂散磁场补偿的线性位置检测。

　• 具有杂散磁场补偿的旋转 360°角度检测。

　• 具有杂散磁场补偿的旋转 180°角度检测。

　• 真 3D 磁场检测( Bx、 By 和 Bz)。

　每种模式均采用不同霍尔板组合，以确保每种模式都能发挥最佳性能。 HAL39xy 是市场上集成四种模式于单一设备的唯一解决方案，能为客户带来了明显优势：他们只需一种设备就能满足不同应用，而无需采用多种不同的硬件版本。

　3.4 可定制且快速成形的灵活架构

　HAL 39xy 系列采用灵活架构，可支持不同配置方法。它具有功能强大的 DSP 和嵌入式微控制器，其中 DSP 主要负责快速信号处理(角度计算，补偿等)，微控制器则负责功能安全相关任务的整体调度，接口配置和监控。开发定制固件可供两个模块使用。配合灵活的霍尔前端，这使得客户能实现多种新的应用，例如定制信号处理或支持新接口标准等。 HAL 39xy 的创新架构使客户能更加轻松地应用快速成形技术开发新方案，同时能快捷适应新接口的变化，如SENT 和 PSI5。