Melexis：MLX90425磁位置传感器

1. 产品介绍

MLX90425磁位置传感器芯片是一款采用双模封装（DMP）设计的高性能传感器，它在技术上延续了MLX90364和MLX90421的成熟封装形式和引脚布局，同时引入了最新的磁感应技术，为汽车应用提供了无缝且高效的升级方案。该芯片能够实现360°的磁感应旋转检测，确保在任何角度都能提供精确的位置反馈信息，这对于汽车的油门位置、变速箱位置以及执行器的运动反馈等应用至关重要。

其最大的亮点在于卓越的抗杂散磁场干扰（SFI）性能，这使得它能够在复杂的电磁环境下保持高精度的感应能力。随着汽车行业从传统内燃机向高压混合动力系统转型，电子元件面临的电磁干扰问题愈发突出。MLX90425的高抗干扰能力确保了磁感应芯片在高压混合动力系统中能够提供准确的感应反馈信息，从而满足汽车行业对高精度位置检测和抗干扰能力的严格要求。

2. 特性和优势

• 支持的输出模式：模拟输出（成比例）或 PWM（脉宽调制）输出

• ISO 26262 ASIL B SEooC（独立安全单元）

• 可编程测量范围

• 高达 17 点的可编程线性传输特性

• 工作温度范围为 -40 ℃ 至 160 ℃

• Triaxis®霍尔技术

• 片上信号处理，可实现可靠的绝对位置感测

• 符合 ISO 11452-8 标准，对高达 5 mT（或 4 kA/m）的杂散场具有较强的抗干扰能力

• 封装选项，符合RoHS标准

• SOIC-8 (DC)单芯片

• TSSOP-16 (GO)双芯堆叠(冗余)

• DMP-4 (VS)，单芯片无 PCB 解决方案

• SMP-3 (VE)，单芯片无PCB解决方案

• SMP-4 (VD)，双芯堆叠无PCB解决方案(冗余)

• 符合 AEC-Q100 标准（0 级）

• 可使用 PTC-04 和 PTC-04-DB-HALL06 子板进行编程

3. 产品数据

Triaxis 磁性位置传感器根据具体型号，可以测量两个或三个磁场分量（Bx、By、Bz）。图 2 显示了一个典型的轴端应用实例，其中一个径向磁化的磁铁在 IC 上方旋转。在传感器平面上，磁通密度的两个分量（即 Bx 和 By）随着磁铁旋转呈现正弦波和余弦波（见图 2）。通过集成的数字信号处理，这些信号可以通过 Vy/Vx 比值的反正切运算转换为 0 到 360 度的旋转位置。

图 1 Bx 和 By 场图

机械描述

旋转轴、磁铁位置和传感器位置之间的机械对准度会强烈影响测量精度。机械对准误差（见图3）可能导致额外的偏移、相位偏移、幅度变化以及与理想正弦和余弦输出曲线的非线性。虽然偏移、相位和幅度可以在IC级别轻松调整和补偿（参见MLX90316前端校准的应用笔记），但XY平面中传感器与旋转磁铁之间的离轴（偏心）造成的线性误差，理想情况下通过输出特性线性化来补偿。在大多数情况下，最佳解决方案是选择足够大的磁铁，以将线性误差限制在预定义机械公差可接受的范围内。

图 2 角度传感机械装置

磁体和传感器之间的轴向工作距离由饱和效应（电气或磁性）决定下限，由所需的信号与偏置比或信号与噪声比决定上限。

径向偏轴和磁铁直径偏轴
由于生产公差、机械间隙和振动引起的位置偏移会导致角度输出信号的非线性。图4显示了在使用盘形磁铁 D15H4（直径 D = 15 mm，高度 H = 4 mm）时的特定设置的非线性。磁铁表面与 MLX90316 敏感区之间的气隙为 5mm。

图 3 D15H4 - 由于离轴错位引起的线性误差

由于给定的偏轴不对准引起的角误差会随着磁铁直径的增加而减小。下面的图5有助于估算所需的磁铁直径，以满足特定的制造公差加上使用寿命磨损的要求，同时确保预定的非线性（角度误差）不被超过。

图 4 不同磁铁的角度误差与偏心/离轴关系

例如：如果由于生产/制造定位公差（包括使用寿命磨损）导致的最大预期偏心为0.5毫米，而允许的最大非线性为0.2度（占360度满量程的0.05%），那么直径为10毫米的磁铁是一个不错的选择。

然而，选择尽可能大的磁铁并不会得到最佳结果：

- 大磁铁的均匀性可能较差（磁铁表面的热点也会产生角度误差） 

- 强磁场需要在传感器和磁铁之间保持更大的距离以避免饱和效应（磁通密度必须保持在 70 mT 以下） 

- 大磁铁更昂贵 通常情况下，为了使非线性误差低于 1 度，磁铁直径需比最大偏心距大 10 倍；若要使非线性误差低于 0.3 度，则需大 20 倍

传感器与磁铁之间的轴向距离——空气间隙

磁铁的选择也应根据特定应用中的空气间隙范围（轴向距离）来进行。在IC级别，水平磁通密度需保持在20至70 mT之间（即45 mT ± 25 mT）。传感器与磁铁之间距离过小会增加电气或磁饱和的风险。此外，磁体材料的缺陷可能在磁体表面产生磁热点，导致局部磁场偏转，最终引起额外的角度误差；因此，我们建议客户不要使用例如直径较大的粘结铁氧体材料。Melexis Triaxis传感器的磁饱和水平在各产品的数据表中有所描述，通常为70 mT。如果施加高于70 mT的磁场，不会造成损坏或任何磁滞影响。

使用较大距离（小振幅）会降低信噪比。

图 5 磁体（气隙）轴向距离与水平磁通密度

图 5 显示了磁场强度与距离之间的典型关系。该数据来自对直径为6毫米、高度为2.5毫米（D6H2.5）的钐钴磁铁的测量。最佳磁通密度（20毫特到70毫特）在磁铁表面与传感器敏感点之间保持2毫米到5毫米的空气间隙时达到。