ZHCUC00 May   2024

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   设计图像
  7. 1系统说明
    1. 1.1 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
    3. 2.3 主要产品
  9. 3系统设计原理
    1. 3.1 硬件设计
    2. 3.2 软件设计
      1. 3.2.1 TMAG5170 SPI 帧
        1. 3.2.1.1 32 位帧中的串行数据
        2. 3.2.1.2 串行数据输出 32 位帧
      2. 3.2.2 TMAG5170 寄存器配置
      3. 3.2.3 SPI 和转换启动时序
      4. 3.2.4 线性位置计算
  10. 4硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 硬件
      1. 4.1.1 PCB 概述
      2. 4.1.2 MCU 接口连接器
    2. 4.2 测试设置
    3. 4.3 测试结果
      1. 4.3.1 磁体 Z 和 X 场测量
      2. 4.3.2 线性位置测量
      3. 4.3.3 SPI 信号测量
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件
      1. 5.1.1 原理图
      2. 5.1.2 BOM
      3. 5.1.3 PCB 布局
        1. 5.1.3.1 布局图
        2. 5.1.3.2 布局指南
    2. 5.2 工具与软件
    3. 5.3 文档支持
    4. 5.4 支持资源
    5. 5.5 商标
  12. 6作者简介

4.3.2 线性位置测量

如节 3.2.4中所述，移动磁体位置是使用 Z 场和 X 场分量以最高 Z 场幅度通过传感器计算得出的。为了调整离轴测量，测量的 Z 场针对增益和偏移进行了校准。此外，补偿因数乘以 X 磁场的绝对幅度可用于通过位置计算补偿非线性。此外，还校正了 PCB 上每个 TMAG5170 之间的位移。为简单起见，使用相同的值作为每个 TMAG5170 之间的距离。

表 4-5 校准因数
TMAG5170 1 2 3 4
Z 偏移 14.6mT 14.3mT 14mT 13.8mT
Z 增益 0.94 0.93 0.94 0.94
位移 24.97mm 24.97mm 24.97mm 24.97mm
X 轴补偿因数 0.001538 0.001538 0.001538 0.001538

该位置是在 22°C 室温下以大约 0.4m/s 的线性速度测得的。在数据采集任一端观察到的峰值是磁体离开四通道传感器 PCB 感应范围的结果。

TIDA-060045 室温下四通道 TMAG5170 的线性位置误差图 4-11 室温下四通道 TMAG5170 的线性位置误差

为了测量 Z 场和 X 场本底噪声的影响，我们在 4kHz 下测量了超过 1000 个样本在 14.19cm 处的静态位置误差，如图 4-11 所示。图 4-12 展示了相应的直方图。测量在 22°C 室温条件下进行。

TIDA-060045 4kHz 采样率下 1000 个样本的静态位置图 4-12 4kHz 采样率下 1000 个样本的静态位置
TIDA-060045 在磁体位置 14.19cm 处的位置误差直方图图 4-13 在磁体位置 14.19cm 处的位置误差直方图

表 4-6 显示了相应的标准差和 ENOB 与满标度位置测量范围的关系。

表 4-6 四通道 TMAG5170 在静态位置 14.19cm 处的标准差、SNR 和 ENOB
四通道 TMAG5170 位置误差 注释
标准差 [cm] 0.0053
满标量程 [cm] 10 四通道 3D 传感器
ENOB [位] 10.6

每个单独的 TMAG5170 都在 2.5cm 测量范围内提供 8.6 位的 ENOB。由于四通道 TMAG5170 阵列的范围为 10cm，因此整体 ENOB 比上表中所示的位数增加了 2 位，达到 10.6 位。

该测试完成后，以大约 0.4m/s 的线性速度重复了 5 次位置测量，概括了 Z 场和 X 场噪声对绝对精度的影响。图 4-14 展示了测试结果。

TIDA-060045 5 次测试运行的线性位置误差图 4-14 5 次测试运行的线性位置误差

更先进的补偿算法可以进一步优化。具有较高磁场强度的磁体允许将 Z 轴的磁场强度增加到 100mT，将 X 轴的磁场强度增加到 50mT，这有助于将信噪比分别提高 2 倍。请参阅线性位置应用的磁体选择（修订版 A）。

可以在下面这个视频中查看 TIDA-060045 的视频演示：使用 3D 霍尔效应传感器进行设计：线性位置编码。为了帮助对磁系统进行仿真，TI 磁感应模拟器 (TIMSS) 工具可以加快磁性系统的设计和评估。