在汽車及工業(yè)應用的位置探測領域中，對傳感器功能的要求越來越多。傳感器在嚴苛環(huán)境下的精確性和穩(wěn)定性必須持續(xù)增強。關于節(jié)氣門閥、離合器或方向盤的位置探測應用必須盡可能精確地實現(xiàn)。對于短距離（6毫米為上限）或小角度（60度為上限）測量應用，可以使用現(xiàn)有的一維線性霍爾傳感器。但對于更大的角度，則需要使用一種新的技術。為此，Micronas開發(fā)了兩個新的霍爾效應傳感器產(chǎn)品系列，HAL36xy和HAL38xy。
上述產(chǎn)品首次使用了所謂的“垂直霍爾片”。我們和Fraunhofer集成電路研究院 (FhG IIS)緊密合作，為這種新型傳感器專門開發(fā)了這些契合Micronas制程的霍爾片。 Micronas授權應用了被稱為“Hall-in-One”的pixel cell像素技術，并將其調整應用于HAL 36xy/HAL 38xy系列。這些傳感器系列包括7個不同的產(chǎn)品，因而覆蓋了從離合器位置或空檔檢測到方向盤角度測量的廣泛應用。
圖1，3D霍爾技術線性距離測量
Micronas是首家成功將使用“垂直霍爾技術”的傳感器引入汽車應用，并且處于領導地位的霍爾效應傳感器制造商。
從前，角度測量只能用集成的通量集中器或者復雜雙列AMR（各向異性磁阻）傳感器來實現(xiàn)，而現(xiàn)在可以用一個標準的CMOS過程來完成。與AMR技術相反，由于垂直霍爾技術的幫助，可以用單個產(chǎn)品就實現(xiàn)對上至360°的角度以及線性距離進行測量。Micronas所開發(fā)的方案，其主要優(yōu)勢在于使用了所謂的“pixel cell” 像素。它由兩個垂直霍爾片和一個水平霍爾片組成。有了pixel cell像素，就可以在一個點上測量三個磁場分矢量。平行于傳感器表面的磁力線由垂直霍爾片測量，垂直于傳感器表面的磁力線由水平霍爾片測量。
HAL36xy只使用兩個垂直霍爾片Bx和By，而HAL38xy使用水平霍爾片以及垂直霍爾片的其中一片。視不同的傳感器型號，客戶可以選擇想要的霍爾片組合。Bx和Bz活躍，或By和Bz活躍。另外，可選擇兩種輸出信號格式（脈寬調制或者模擬信號）。
HAL36xy系列理想的應用是上至360°的角度測量，比如方向盤角度測量。為此，主要使用一個徑向充磁的磁鐵（見圖2），和傳感器表面平行傳動。兩個垂直霍爾片相互垂直放置，同時產(chǎn)生正弦和余弦信號。傳感器自動計算反正切數(shù)值，并轉換為模擬或數(shù)字輸出信號。
圖2，徑向充磁的磁鐵平行于HAL36xy的表面轉動
輸出信號和測得的角度是直接等比例的?；诜凑蟹治?，磁鐵的氣隙變化和磁鐵溫度反應對改種測量方法影響極小。這些傳感器的設計工作溫度范圍是–40℃到170℃（裸片溫度），并提供多種診斷功能。傳感器自帶的自檢在第一個通電旋轉圈進行，確保傳感器線路功能正常。傳感器可以檢測到過壓或者欠壓狀態(tài)，并在輸出信號中表示出來。用戶也可以定義應用的磁場強度范圍。如果磁場強度超過了特定范圍，傳感器可以顯示出錯信號。該范圍可以由用戶定義并編程。對傳感器的編程是通過一個對用戶友好的圖形界面軟件工具來實現(xiàn)的。
帶有垂直和水平霍爾片的HAL38xy主要用于線性位移應用，測量距離可以比磁鐵長度長50%。用一個長度為10mm的磁鐵，可以測量大于等于15mm的距離。在此應用中，一個軸向充磁的磁鐵平行于傳感器表面運動（圖3）。用合適的磁鐵可以進行更長距離的測量。
霍爾效應傳感器2' />
圖3，軸向充磁的磁鐵平行于傳感器表面運動
在傳統(tǒng)的單維度測量傳感器應用中，磁鐵長度必須要設計成比被測量的位移長30%。因而使用二維傳感器所相對增加的成本，會輕而易舉地被昂貴磁性材料的節(jié)約彌補掉。所以，在提升性能的同時，也實現(xiàn)了成本優(yōu)勢。
HAL38xy另一個可能的應用是在軸邊的角度測量。一個徑向充磁的磁鐵固定在軸上，在傳感器邊旋轉。如果兩個磁場反正切計算提供了理想的正弦余弦相關曲線，反正切可以為角度提供一個線性關系。這并不是在所有的應用中都可以實現(xiàn)的。理想的軸邊角度測量設置只能通過特殊的磁鐵實現(xiàn)。如使用傳統(tǒng)的磁鐵，則需要在反正切計算之后再進行線性化。為完成這一任務，HAL38xy和HAL36xy提供了32點標定來使得輸出信號線性化。
其他的傳感器制造商如今也再嘗試使用垂直霍爾技術（比如，霍爾開關等簡單產(chǎn)品），這一事實證明了該技術的吸引力。Micronas很早就實施了垂直霍爾傳感器技術，因而如今成為該領域的市場領導者。隨著下一代直接角度傳感器的推出，Micronas將擴大其對市場的引領。新一代產(chǎn)品將有進一步改善的角度測量表現(xiàn)，提供更高測量精度，更低的通量密度下限值，使產(chǎn)品可以在弱得多得到磁場中使用。
下載文檔
