外部误差源会因设计和操作环境的不同而不同，如果将这些外部误差源的影响忽略不计，务必要注意检查器件的两个输出界限：摆幅限制和线性工作范围。

首先要考虑的界限是器件的摆幅限制。TMCS1101 数据表：摆幅规格显示了摆幅限制，并展示了器件在进入饱和状态前实际上可以输出的最大电压。每个传感方向的输出电压的这些界限是由Equation2 和Equation3 决定的。这些公式的结果给出了器件在所选 V_REF 和 V_s 工作条件下能够测量的范围。

第二个界限是位于摆幅条件内的一个较低小的子集，那就是以下文章中为每个器件提供的线性工作范围：TMCS1101 数据表：线性工作区域。

这个较小的子集是适用于器件灵敏度误差的范围，并确保在数据表规格范围内操作。另外还必须注意确保电流电平保持在允许的连续 DC/RMS 电流和瞬态峰值电流的安全工作范围以下，以免超过器件热限值。更多有关这方面的信息，请参阅数据表的“安全工作区域”部分。简而言之，这表明了虽然 TMCS1101 可以配置为在摆幅限制的电压输出下工作，但在超出线性工作范围的输出区域上，线性度会略微变差。为了获得最佳性能，请确保设计保持在线性工作区域内。

请参阅内幕揭秘：电流检测放大器的输出摆幅限制 应用报告，以了解这些限制背后的原因。

在没有输入电流信号的情况下，输出噪声在很大程度上取决于接地技术，如接地部分所述。即便采用了合适的接地技术，但由于采样积分器用于使温度和寿命周期漂移最小化，因此系统噪声仍会存在。输入每 4μs 采样一次，而输出以 250kHz 速率更新，如数据表中所述。在许多情况下，可通过在器件的输出端放置简单的低通滤波器来最大程度地降低本底噪声的影响。然而，首先要考虑器件的 RMS 和峰峰值输出噪声。首先，可以使用Equation4 和Equation5 来确定所考虑器件的 RMS 和峰峰值噪声输出。为了方便起见，可以数据表中的以下位置找到输入参考 (RTI) 噪声密度规格：TMCS1101 数据表： 噪声密度 (RTI)。

这些公式提供了每个器件的理论 RMS 和峰峰值噪声水平，其中峰峰值计算占峰峰值测量中频谱分布的 99.9%（有关如何计算噪声的更多信息，请参阅我司模拟工程师口袋参考书）。图 4-1 至图 4-4 显示了在没有输出滤波的情况下，在 TMCS1100EVM 采集的每个 TMCS1100 增益型号的本底噪声。可以看出，正如预期的那样，本底噪声与灵敏度成比例增长，如之前的噪声公式所示。请注意，示波器上也显示了每个曲线的 RMS 和峰峰值本地噪声值。

在存在噪声的情况下解析小信号的一种常用技术是通过在器件的输出端上使用低通滤波器来限制等效噪声带宽 (NEBW)，从而增加总体信噪比 (SNR)。当大小合适时，简单的低通滤波器能够衰减采样积分器 250kHz 特征信号造成的总体噪声。此实现衰减了采样积分器 250kHz 特征信号造成的影响，并减少了新截止频率所衰减带宽部分对噪声频谱的影响。图 4-5 至图 4-8 显示了各种截止频率条件下 A2 型号的本底噪声改进。请注意，从具有低通滤波器且截止频率为 80kHz 时的 A2 输出 来看，即便是使用器件带宽内的低通滤波器，也能提供改进。虽然此滤波器不会降低噪声影响，但是它会衰减输出上来自 250kHz 特征信号的步长，而不会降低输出保真度。

在大多数工作设置中，一个无法避免的外部磁源是地球磁场，根据所在位置和朝向，地球表面的磁场大小为 22µT 至 67µT。考虑该误差源可能相当重要，尤其是当采用霍尔效应传感器的终端设备预计将采集精密测量数据，并会在多个不同的地点用于测量时。地球磁场示意图简单地展示了地球的磁通线分布方式。实际上，这些磁通线会略有失真。从大的方面来说，这可能是由于地球不同地方的物质构成存在差异，而从小的方面来说，这可能是由于测量器件所在建筑或结构的材料不同造成的。

由于地球的磁场是矢量，因此设计中的影响不仅受磁场强度的影响，还受器件朝向的影响。如果终端设备内部需要实现精确测量并且该设备并不保持静止不动，则务必要考虑这一点。

例如，TMCS1100A2 本地观察到的地球磁场 (V_REF = 2.5V) 提供了亚利桑那州图森磁学实验室内在 TMCS1100EVM 本地分别采集到的 x、y 和 z 轴测量数据，以便展示设备朝向发生变化时输出上的潜在偏斜。请注意，偏转旋转并不会导致输出发生变化，这正如所预期的：对于该旋转，设备相对于 B 矢量的朝向并不会改变。

然而，如前所述，此数据仅用作示例，可能需要在本地执行类似测试，从而量化给定区域的这种影响，因为地球磁场的大小和矢量方向随位置的变化而变化。

另一个在某种程度上无法避免的磁场来源是一切载流导线，包含所有周围的 PCB 迹线和线路以及霍尔效应检测器件的输入线路。因此，与传统电流分流监控器相比，必须更加关注布局。载流导线对器件中霍尔传感元件施加的磁场通量可以通过安培定律以数学方式计算得出，如Equation8 所示。

该公式需要分析导线中所承载电流的幅度，以及该导线与位于 TMCS110x 器件中传感器之间的正交距离。该公式可用于对导线或迹线产生的外部磁场进行近似处理，在为 PCB 布局制定设计规则来确保迹线与传感器保持一定的距离，从而保证对生产的场进行优化时，这可能会有用。

例如，可考虑让 PCB 上的迹线与 TMCS1101 相距 15mm。对于 TMCS110x 系列，传感器的位置可以近似为封装的中心。查看数据表中的 D0008B 封装信息，考虑到器件的引脚，则在最差的情况下，距离封装外边缘的距离为 2.9mm。示例 - 迹线与传感器间的距离中直观地显示了此信息。

Equation9 和Equation10 显示了此迹线在该距离上可能会对 z 轴正方向传感器所在点产生 33.5µT 的磁场，也即相对于输入产生 –30.45mA 的失调电流。另请注意，需要针对 TMCS110x 附近的每个迹线执行此计算，因为每个载流导体都会对传感器产生影响。另外还应考虑右手定则，因为电流方向也指示所产生磁场的极性。

虽然将高电流迹线与 TMCS110x 隔离相当容易，但是观察到的更大挑战是器件外部的输入电流也可能会产生外部磁场。为了研究这一影响，我们制作了 3D 打印结构来在与 TMCS1100EVM 相距 10mm 的固定间隔处插入一个绝缘线对。TMCS1101 交叉测试板显示了 3D 打印外壳的结构以及测试设置。通过此设置采集了典型器件的数据，而 TMCS1101 交叉测试结果显示了这类导线在距离器件输入引脚 10mm 至 150mm 范围内的典型影响。

观察结果表明，随着迹线靠近器件，外部磁场会导致 TMCS1101 的误差发生变化，而随着迹线进一步远离器件，其影响会降至最低。还要注意，从这些观察结果来看，TMCS110x 系列建议的角度是直接插入器件的引脚，以获得最佳性能。这一点在TMCS1100EVM 和 TMCS1101EVM 上得到了证明。如果不采用迎面方式连接，则可能需要进行布局校准，才能获得优化的结果。有关更多详细信息，请参阅校准部分。

屏蔽利用的是磁阻的特性，对于磁场，其类似于对电流的电阻。磁场通过磁阻最小的路径传输。与磁阻成相反关系的是磁导率。高磁导率的材料具有较低的磁阻，因此非常适合用于屏蔽目的，其实际上有助于会使磁场偏离霍尔传感器。根据其渗透性，所选择的材料必须具有一定的厚度，以确保该材料能够将磁场完全偏离器件，因为屏蔽材料也能够饱和。如果屏蔽材料出现饱和，过剩的磁通量就会继续通过材料并对传感器产生影响。

为了更加直观地呈现屏蔽的工作原理，图 6-1 和图 6-2 中提供了屏蔽层和集中器示例。这两张图片中都有几个 µT 的均匀磁场沿着 Z 轴导引穿过检查的物体。

第一张图片显示了 XZ 层的交叉部分，其中屏蔽外壳转移了大部分磁场，而球体内部空间的磁场强度大小要远远小于屏蔽层转移的磁场强度。

第二张图片在与上图相同磁场内的器件下插入了一个线圈集中器结构。这里也检查了 XZ 交叉部分。上方椎体结构将进入底部的大部分磁场引导向椎体尖端，由尖端退出并传输到下方椎体的尖端，然后继续向下移动。请注意，此类结构是第一个图片中屏蔽层的双重形式，不建议用作屏蔽几何形状。这也意味着，器件上方的任何导线或承载磁通的元件都可能对测量造成影响，包括调试期间，因此应确保这类器件受到控制并远离传感器。

请注意，对于图示，在制造或选择屏蔽体形状时，可能无法获得完美的球形，也无法按模拟中所示完全密封器件。这个图片用作概念展示，在给定的系统中，某些几何形状可能要比其他形状更加有效。

总的来说，如果选择屏蔽作为缓解磁场影响的方法，则请确保选择正确的材料，并且形状和大小合适，从而保证实现恰当的磁场转向。