磁阻角度与线性位置测量系统设计方案

传感元件的中央部分相交。

选择磁体时，需考虑传感器和磁体之间的气隙，如图6所示。如果磁体未靠近传感器放置(即距离d极大)，则可能需要更强或更大的磁体才能确保达到最小磁场强度要求。

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°，如图7所示。

图7. ADA4571双惠斯登电桥配置

旋转磁场产生正弦和余弦输出信号，如图8所示。两个信号在180°范围内均为周期信号，因此没有额外元件或参考点就无法进行全方位360°测量检测。

图8.磁阻传感器输出电压

通道灵敏度

ADA4571传感器标称灵敏度为每通道52 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52 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，余弦输出(绿线)在磁化矢量角度接近0°、90°、180°或270°时损失灵敏度。类似地，正弦输出(红线)在磁化矢量角度接近45°、135°、225°和315°时损失灵敏度。幸运的是，当一个通道的灵敏度降低时，另一个通道处于高灵敏度区域。

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1 ms只能移动1°(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.

旋转测量测试结果

将直径方向的N42磁体(直径= 0.5英寸，厚度= 0.125英寸)连接至金属杆的末端。精密直流电机可对金属杆进行精细角度控制。传感器精确安装在磁体正面。气隙设为2 mm.只要磁铁激励使传感器完全饱和，则结果便与气隙基本无关。

电机转动，创造出与传感器相交的旋转磁场，进而产生重复性正弦和余弦输出电压，适合进行角度计算和数据采集。

图9显示了该设置的功能框图。图10是该设置的照片，可用来采集轴尾配置的数据。该设置由无刷直流电机、物理安装、磁体和集成相应ADA4571传感器的PCB组成。

图9.数据采集测试设置——轴尾配置

图10.无刷直流电机基准测试设置照片

图11通过磁体的多次转动，将电机的机械角与传感器的计算磁场角相比较。该计算利用两个输出之比的反正切函数。未进行校准时，误差接近±1°。

图11.失调校正前的角误差与机械角之间的关系

图12显示仅有一次失调校正的误差。无需针对正弦和余弦的幅度失配、非线性度或正交性校正进行额外调节。使用每个通道的峰峰值或平均值可确定失调值，因为它贯穿整个机械旋转。从对应通道中减去失调，以获得线性传感器响应。最大误差接近±0.2°，而该范围内的绝大部分误差小于±0.1°。

图12.仅针对失调进行校正后的角误差与机械角的关系

PCB布局考虑

CN-0368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。

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。有关布局和接地的详细论述，请参见MT-031指南;有关去耦技术的信息，请参见MT-101指南。

所有IC的电源应当用1μF和0.1μF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-CN0368-SDPZ板的照片

常见变化

如需1 MSPS以上采样速率，应考虑使用下列同步采样ADC;

如需12位或14位以上的分辨率，可使用AD7655(1 MSPS时为16位)。

电路评估与测试

本电路使用EVAL-SDP-CB1Z系统演示平台(SDP)板和EVAL-CN0368-SDPZ电路板。这两片板具有120引脚的对接连接器，可以快速完成设置并评估电路性能。

EVAL-SDP-CB1Z板与CN0368评估软件一同使用，捕获EVAL-CN0368-SDPZ电路板的数据。

设备要求

需要以下设备：

带USB端口和Windows XP(32位)、Windows Vista(32位)或Windows 7(32位)PC

EVAL-CN0368-SDPZ电路板

EVAL-SDP-CB1Z SDP板

6 V电源或壁式电源适配器

CN0368评估软件

传感器封装处磁场强度不低于25 kA/m的钕磁体

开始使用

将CN0368评估软件光盘放入PC，加载评估软件。打开我的电脑，找到包含评估软件光盘的驱动器，打开Readme文件。按照Readme文件中的说明安装和使用评估软件。

功能框图

图14所示为测试设置的功能框图。

图14.测试设置框图

设置

将EVAL-CN0368-SDPZ上的120引