浅谈A1332角度传感器集成电路中的高级片上线性化

本文档介绍了Allegro的A1332角度传感器集成电路中的高级片上线性化。它涵盖了角度传感器和高级线性化的介绍，本文中使用的术语的一些重要定义，角度传感器IC使用的磁体，平均磁场和气隙依赖性，磁体误差分析，分段线性化，实现步骤分段线性化，谐波线性化，实现谐波线性化的步骤等等。

从工业自动化和机器人技术到电子助力转向和电动机位置检测，在工业中的许多应用都需要监视旋转轴的角度，无论是在轴上还是在轴外。

用于此类应用的任何成功的角度测量系统的设计都必须基于特定用户的要求。这些可能包括：布置（轴外或轴上），气隙，精度和温度范围等。特别地，使温度范围内的角度误差，位置失准和气隙最小化是一个主要目标。

这些变量又与系统级别的设计选择相关，例如磁体几何形状，磁体布置（同轴或偏轴），磁性材料和机械公差。因此，角度传感器IC需要灵活性，以便在不增加系统级设计的复杂性和成本的情况下解决这些潜在的误差源。即使是最好的磁角度传感器IC也只能达到其感应到的磁场。

磁角测量系统有两个主要误差源：

传感器IC相关的错误：固有非线性，参数温度漂移和噪声。

磁输入相关的误差：磁场强度变化和磁场非线性。

角度误差是磁体的实际位置与角度传感器IC测量的磁体位置之间的差。通过读取角度传感器IC输出并将其与高分辨率编码器进行比较来完成此测量。

在设计中使用磁体时，磁输入在整个旋转范围内可能会不均匀：它将具有固有误差。这些磁输入误差会导致系统中的测量误差，在考虑具有更高固有磁误差的侧轴或离轴设计时，这一点尤为重要-见图1。

离轴（左）和离轴（右）

如果磁输入的误差贡献占支配地位，则即使是最精确校准的角度传感器IC也会产生不准确的结果。在大多数情况下，即使是轴上的磁性设计，在生产模块中的客户模块组装过程中也会出现较大的偏差。这些磁误差源是不可避免的，减轻它们通常是不可能的，而且几乎总是很昂贵的。

就与角度传感器IC相关的误差而言，制造商在将其交付给客户之前会优化固有的非线性和参数温度漂移。通过使用片上滤波，可以针对客户应用优化噪声性能。

高级线性化

本文档介绍了一种角度传感器IC（Allegro A1332），其中该问题通过使用先进的线性化技术来补偿客户终端生产位置的这些误差而得以解决。特别是，它显示了如何将超过±20°的与磁输入相关的误差线性化至低至±0.3°：大约提高了65倍。

可以基于来自目标磁体围绕角度传感器IC的单次旋转的数据来执行该线性化。从该旋转获得的角度读数用于生成线性化系数，然后将其存储到片上EEPROM中，从而针对该磁性系统优化该角度传感器IC。

A1332角度传感器IC中使用了两种不同的线性化技术：分段线性化和谐波线性化：

分段线性化是一种可编程功能，它允许调整角度传感器IC的传递特性，以便可以通过角度传感器IC将施加的磁场矢量角度的线性变化作为相应的线性角度增量输出。它是根据磁铁绕角度传感器IC旋转一圈所收集的数据执行的。

谐波线性化以15个校正谐波的形式应用线性化，其相位和幅度是通过FFT（快速傅立叶变换）来确定的，该FFT是对磁体围绕角度传感器IC旋转一圈所收集的数据进行的。这两种技术都可以使用Allegro提供的软件轻松地实现，以计算系数并对片上EEPROM进行编程。

编辑：hfy