1 应用简报

线性电机传输系统简介

线性电机传输系统是一种新兴的工业应用，可替代和增强基于传送带的传统型工厂自动化系统。与传送带（旋转电机以一定速度驱动传送带）不同，线性电机传输系统使用多个基于线圈的静态、非移动线性电机模块来驱动磁动子，而磁动子承载待组装或加工的产品。与基于传送带的传统系统相比，线性电机传输系统有几项系统性优势。

由于该机制的多功能性，基于线圈的线性电机各段模块现在可以实现更小的新几何形状，涵盖直线、曲线、平移甚至二维运动。由于可以单独控制段内的每个线性电机，因此可在同一段内以不同的速度驱动不同位置上的多个动子。例如，一个动子停下来处理或分析该动子承载的产品，与此同时，下一个动子上的其他产品则以最大速度前进到下一个工艺状态。与传统的传送带驱动系统相比，这种独立控制机制显著提高了吞吐量。

图 1-1 展示了一个简化的线性电机传输系统，包括静态直线段和曲线段以及动子。每个段通常包括：通过相应线圈实现多个三相线性电机的线性电机功率级；一个用于感应每段各动子位置和速度的线性电机位置传感器 和一个实现动子位置和运动实时控制的线性电机段控制器。图 1-2 中显示了一个动子的简化图。

要求

线性电机传输系统使多个磁动子进行一维甚至二维运动，速度高达 10 m/s，线性位置精度和可重复性低至 0.01 mm。磁传感器上的磁场范围取决于动子的感应磁体以及动子磁体与静态多位置传感器印刷电路板 (PCB) 之间的距离。通常，磁场范围是从 50 mT 到 300 mT。根据空间要求，具有高度集成的 3D 霍尔传感器片上系统 (SoC) 的小封装是一个优势。传感器的环境工作温度超过 85°C 时（例如 125°C），可实现更高的功率密度，同时在这些极端条件下仍能准确捕获传感器数据。

由于需要同时检测某段内多个动子的位置，同时采样和低延迟位置测量至关重要。与模拟输出 SoC 相比，具有低延迟数字接口的 3D 霍尔效应传感器能够更好地抵抗噪声。具有数字接口的 SoC 还具有其他优势，即可以诊断和监测 SoC，例如内核温度、霍尔元件或电源电压诊断，从而提高系统可靠性。

TMAG5170 3D 霍尔效应传感器

TMAG5170 是一款高精度线性霍尔效应传感器，具有三轴灵敏度。该器件是高度可定制的，能够使用相互正交霍尔效应元件来检测 B 场矢量的每个分量。该器件对每个通道进行串行采样，然后使用集成的 12 位 ADC 以最大 20 ksps 的采样率转换结果。

图 1-7 TMAG5170 方框图

TMAG5170 的众多功能包括集成自诊断、可编程警报阈值和用于确定性采样的可定制触发。

TMAG5170 的自诊断功能能够监控 Vcc 状态、上电复位、输出引脚状态、器件存储器、温度和现场运行期间的各种其他内部检查。这一优势使微控制器能够轻松验证系统中的每个传感器是否保持运行，并有助于标记可能导致可靠性或安全风险的系统级问题。

从 TMAG5170 启动磁场转换有三种触发模式。该器件的警报引脚可用作输入引脚，可由主机控制器的任何适当 IO 引脚驱动。这种硬件触发既方便又简单。此外，转换可以通过单独的 SPI 命令或器件的 CS 引脚触发。在触发时序已知的情况下，器件的转换率可用于将任何给定测量与线性动子的实际位置相关联。

图 1-8 显示了使用 ALERT 引脚以 8 kHz 位置采样率通过主机 MCU 触发新转换的示例时序。对于此示例，TMAG5170 配置为 Z 和 X 两个轴的伪同步采样模式。有效采样到数据传输延迟约为 60 us。

使用 TMAG5170 进行 32 位数据的 SPI 传输在 10 MHz SPI 时钟和相应的建立和保持时间下需要 3.2 us，因此当多条 TMAG5170 SDO 数据线并行连接到主机 MCU 时，总延迟约为 64 us。当多个 TMAG5170 使用相同的多路复用 SDO 数据线时，总延迟取决于顺序读取的 TMAG5170 传感器的数量。总延迟等于 60 us 加上 N 乘以 4 us 到 5 us，其中 N 是 SPI 传输的数量，包括片选信号设置和保持时间的开销。

使用 SPI 命令触发器或 CS 触发器的一个好处是，它使警报引脚可用于向控制器提供额外的反馈。使用可编程阈值限制功能时，系统中的每个 TMAG5170 都可以提供有关任何单个线性动子的相对接近度的反馈。通过仅识别正在接收有用输入的传感器，系统可以在器件阵列上实现更高效的 SPI 读取。

更多相关信息，请参阅以下备选器件和支持文档。