電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/程文智）隨著先進(jìn)制造的呼聲越來(lái)越高，高度自動(dòng)化系統(tǒng)的需求在急劇增長(zhǎng)。而自動(dòng)化設(shè)備離不開電機(jī)的助力，這幾年來(lái)，效率更高的BLDC電機(jī)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。BLDC電機(jī)的無(wú)傳感器控制解決方案在不斷改進(jìn)后，越來(lái)越多的電機(jī)控制方案開始趨向于采用無(wú)傳感器方案。

BLDC的無(wú)傳感器方案的流行，讓做霍爾效應(yīng)傳感器的企業(yè)感到了一絲危機(jī)。曾經(jīng)有霍爾效應(yīng)傳感器企業(yè)的銷售跟小編交流時(shí)，不無(wú)擔(dān)心地表示，未來(lái)要是都不用霍爾效應(yīng)傳感器了，那他們企業(yè)未來(lái)還有發(fā)展前景嗎。

作為銷售，他這個(gè)擔(dān)心無(wú)可厚非，畢竟需求減少了就意味著業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)更加困難了。其實(shí)，在一些特定的控制場(chǎng)景中，還是需要傳感器的，特別是位置測(cè)量傳感器，比如3D霍爾效應(yīng)傳感器就比較受歡迎，因?yàn)樗軌驕y(cè)量真實(shí)的位置。一個(gè)明顯的用例是，在驅(qū)動(dòng)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)進(jìn)行換相時(shí)，需要對(duì)機(jī)器人手臂伸展的距離或方向、當(dāng)前定位的角度進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)3D霍爾效應(yīng)傳感器就排上用場(chǎng)了。

3D霍爾效應(yīng)傳感器與傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)傳感器的差別

3D意味著傳感器元件可以測(cè)量X，Y和Z軸的磁場(chǎng)。與通常只能測(cè)量單一維度磁場(chǎng)的傳統(tǒng)1D傳感器相比，3D傳感器使設(shè)備能夠測(cè)量以任何方向放置在印制電路板（PCB）上的磁體，甚至可以測(cè)量多個(gè)維度并進(jìn)行磁通角或振幅的片上計(jì)算。

功能更多，性能更好了，是不是就意味著成本提高了很多呢？他們的成本差異主要體現(xiàn)在哪些方面呢？德州儀器（TI）位置傳感器產(chǎn)品線市場(chǎng)和應(yīng)用總經(jīng)理Steven Loveless指出，傳統(tǒng)的線性霍爾效應(yīng)傳感器和3D霍爾效應(yīng)傳感器之間的成本差異取決于二者核心性能的差異。他同時(shí)指出，通常情況下，使用3D器件的成本會(huì)低于使用兩個(gè)1D器件的成本，但事實(shí)是很多應(yīng)用（例如角度傳感）就需要使用兩個(gè)，甚至多個(gè)1D霍爾效應(yīng)傳感器。

當(dāng)然，他也介紹了TI近期推出的3D霍爾效應(yīng)傳感器產(chǎn)品TMAG5170。在他看來(lái)，TI使用其獨(dú)有的精密模擬處理技術(shù)和享有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電路技術(shù)以極低的附加成本集成了3D精密傳感元件。且由于TMAG5170集成了更多的功能，例如角度計(jì)算引擎和誤差校正單元，降低了傳感器外部組件的成本，從而可以幫助客戶降低整體解決方案的成本。

TMAG5170的重要特性

據(jù)Steven Loveless介紹，TMAG5170最重要的成就是將3D傳感器行業(yè)領(lǐng)先的精度和極低的誤差漂移與精密霍爾效應(yīng)傳感器的最高吞吐量相結(jié)合。該傳感器在瞬時(shí)和過(guò)溫狀態(tài)下都具有出色的精度，并且無(wú)需考慮交叉軸靈敏度。具體來(lái)說(shuō)，該傳感器可在室溫下提供低至2.6%的滿量程總誤差。它還具有低至3%的總誤差漂移（比同類競(jìng)品至少低30%），并且在橫軸場(chǎng)存在的情況下，誤差比同類器件至少低35%。

圖1：TMAG5170內(nèi)部框圖（來(lái)源：TI官網(wǎng)）

這些特性使TMAG5170能夠提供比任何其他3D霍爾效應(yīng)位置傳感器更高的精度，無(wú)需終端校準(zhǔn)和片外誤差補(bǔ)償，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造。

測(cè)量精度和速度是固定的衡量標(biāo)準(zhǔn)，為了實(shí)現(xiàn)更快、更準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)控制，該傳感器支持高達(dá)20 kSPS的測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)高速機(jī)械運(yùn)動(dòng)的低延遲吞吐量。而且該傳感器還具有其他優(yōu)勢(shì)，如利用其內(nèi)置的低功耗模式，當(dāng)用戶無(wú)需使用最高速度時(shí)，它是市面上功耗最低的精密傳感器。

他特意指出，TMAG5170還有一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)就是安裝的簡(jiǎn)易性和磁場(chǎng)測(cè)量的靈活性。該設(shè)備可以配置為測(cè)量軸（X，Y或Z）的任意組合，因此該設(shè)備可以相對(duì)于它所測(cè)量的磁體以任何方向放置。還有一些靈敏度范圍在50mT到300mT的最大可測(cè)量磁場(chǎng)存在，因此該傳感器可以與大量不同的或距離更遠(yuǎn)的磁體一起使用。

此外，甚至還有集成的溫度補(bǔ)償選項(xiàng)以及片上溫度傳感器，所以可以使用多種磁性材料而不降低其性能。該設(shè)備的設(shè)計(jì)便于安裝和使用，因此客戶可以選擇適合其系統(tǒng)的傳感器，而不是去設(shè)計(jì)適合傳感器的系統(tǒng)。

3D霍爾效應(yīng)傳感器的主要應(yīng)用場(chǎng)景

說(shuō)到3D霍爾效應(yīng)傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景，Steven Loveless認(rèn)為，通常情況下，任何利用位置或運(yùn)動(dòng)反饋來(lái)提供實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)都可能受益于精密的3D霍爾效應(yīng)傳感器。從精密閥門到執(zhí)行器控制、自主移動(dòng)機(jī)器人到線性電機(jī)系統(tǒng)，任何自動(dòng)化或機(jī)器人系統(tǒng)都可能使用3D傳感器進(jìn)行線性或角度測(cè)量。

圖 2：采用TMAG5170線性3D霍爾效應(yīng)位置傳感器的自主移動(dòng)機(jī)器人輪子電機(jī)模塊方框圖（來(lái)源：TI）

為何推出3D霍爾效應(yīng)傳感器的廠家不多？

其實(shí)，目前市面上可以提供3D霍爾效應(yīng)的傳感器廠家并不多，這是什么原因造成的呢？在Steven Loveless看來(lái)，主要還是技術(shù)挑戰(zhàn)性比較大。他指出，測(cè)量3D磁場(chǎng)是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)問(wèn)題，因?yàn)橛糜赬和Y方向的霍爾傳感器元件在標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝中制造工藝復(fù)雜。

另外，如何協(xié)調(diào)三個(gè)不同的軸也同樣是一個(gè)富有挑戰(zhàn)的技術(shù)問(wèn)題，“也是利用我們的內(nèi)部制造工藝技術(shù)超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手進(jìn)行創(chuàng)新的關(guān)鍵領(lǐng)域。”他表示。

但是，目前市場(chǎng)上的新應(yīng)用越來(lái)越需要具備多軸傳感器功能，未來(lái)需要3D霍爾效應(yīng)傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景將越來(lái)越多，未來(lái)的需求將會(huì)更多，希望能有更多的公司突破技術(shù)瓶頸，推出更有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。