磁阻角度测量

需要更强的磁场强度才能确保传感器位置的磁场强度达到要求，并保持最小误差规格。

图6. 用于转轴角度测量的磁体方向与气隙

传感器基础知识

标准AMR传感器由两个惠斯登电桥组成，互相之间的相对角度为45°。透磁合金条包含两个电桥的全部元器件，标称电阻值为3.2 kΩ。

图7. AA747双惠斯登电桥配置

AA747的最大峰值信号幅度为70 mV(14 mV/VCC，5 V电源)。传感器失调电压为±10 mV(±2 mV/VCC，5 V电源)，输出2.5 V ±0.70 mV可用信号。旋转磁场产生正弦(2ø)和余弦(2ø)输出信号，如图8所示。两个信号在180°范围内均为周期信号，可进行全方位360°测量，无需额外电路和元件。

图8. 磁阻传感器输出电压

通道灵敏度

每通道的传感器标称灵敏度为2.35 mV/°。这意味着磁化矢量和传感器方向之间的每一度变化都会产生2.35 mV的输出电压改变。角度的灵敏度并非常量。灵敏度下降的部分是线路斜率接近零时的输出部分。

如图8所示，通道1(蓝线)在磁化矢量接近45°或135°时损失灵敏度。类似地，通道2(红线)在磁化矢量接近0°和90°时损失灵敏度。幸运的是，当一个通道的灵敏度降低时，另一个通道将处于高灵敏度区域。

软件利用了这一特性，并基于某一时刻最为精确的传感器测量角度。如果通道1接近45°，则使用通道2计算角度，保证系统精度。

系统带宽、磁场旋转

磁场角度矢量是理解电路带宽的重要内容。ADC每微秒转换一个样本。为了获得1°分辨率，磁场每微秒只能移动一度(2.778 kHz)，否则ADC无法以足够高的速度进行采样，以便跟上磁场变化的速度。对于1 MSPS ADC，这表示磁场的最大可用角速度为2.778 kHz。

测试结果

在磁杆的端平面上安装磁体，并使其能够360°自由旋转;测试EVAL-CN0323-SDPZ PCB。安放EVAL-CN0323-SDPZ PCB，使其AA747 AMR传感器(U5)正面与磁体正面平行。EVAL-CN0189-SDPZ倾斜传感器PCB连接至磁杆的另一端。这样，若磁杆旋转，则CN-0189和磁体均360°转动。图9显示该设置的功能框图;图10显示该设置的照片。

图9. 数据采集测试设置

图10. 基准测试设置照片

CN-0189倾斜测量系统提供测试CN-0323的参考角度。中心磁杆转动，直至CN-0189评估软件读取0°。中心磁杆保持该位置，而磁体旋转，在CN-0323评估软件中产生0°角度读数。

将磁体中心与IC正面的中心位置对齐放置很重要。若不对齐，将会使磁场偏离传感器，并导致CN-0323评估软件最终计算角度时产生误差。

转动中心磁杆并将评估软件的两个显示读数进行比较，即可收集数据。图11显示?90?范围内记录的输出角度误差。整个范围内的误差为±0.4°。LabVIEW评估软件见图12。

图11. 磁场角度误差

图12. CN-0323评估软件屏幕截图

校准选项卡确定每个惠斯登电桥的最大和最小电压输出(VMAX和VMIN)。了解这些数值可以更精确地将电压映射到数字码。用户有两种方法可以确定VMAX和VMIN值。

第一种方法是手动输入数值。第二种方法是在180°范围内转动磁体，同时让软件自动鉴别数值。这种方法比手动鉴别数值更快，但如果磁场转动过快则会产生误差。

PCB布局考虑

在任何注重精度的电路中，必须仔细考虑电路板上的电源和接地回路布局。PCB应尽可能隔离数字部分和模拟部分。本系统的PCB采用4层板堆叠而成，具有较大面积的接地层和电源层多边形。有关布局和接地的详细论述，请参见指南MT-031;有关去耦技术的信息，请参见指南MT-101。

所有IC的电源应当用1 μF和0.1 μF电容去耦，以适当抑制噪声并减小纹波。这些电容应尽可能靠近器件。对于所有高频去耦，建议使用陶瓷电容。

电源走线应尽可能宽，以提供低阻抗路径，并减小电源线路上的毛刺效应。通过数字地将时钟及其它快速开关数字信号屏蔽起来，使之不影响电路板的其它器件。图13为PCB的照片。

图13. EVAL-CN0323-SDPZ PCB照片

常见变化

创建线性位置测量系统时，有两个需要改变的地方。首先是采用AA745代替AA747 AMR传感器。该传感器专门检测线性移动，并具有与AA747相当的电气特性。其次，采用由一系列变化的南北极组成的多极条状磁体代替现有磁体，如图14所示。

图14. 线性位置测量磁体、PCB和传感器

AA745采用水平包装，安装位置与PCB的边缘齐平。这样可实现磁体和传感器之间的最佳距离，理想距离是磁极长度的一半。

随着传感器沿与磁体平行方向移动，每转过磁极长度的180°，它都会检测磁场。磁极长度(P)和传感器的角度精度(ΔØ = 0.05°)确定理论精度(Δx)。

Δx = P &ti