Таблицы 4. Основные технические характеристики современных программируемых ИС Холла

Перпендикулярные компоненты внешнего магнитного поля генерируют напряжение Холла U_H на интегрированном в ИС элементе Холла, чувствительном к северному и южному полюсу магнита (рис. 8 а). Это напря жение представляет собой готовую аналоговую характеристику, поэтому стандартная линейная ИС Холла является самым простым устройством и немногим отличается от дискретного линейного элемента: например, в ИС типа MLX90242 (рис. 9 а) это напряжение усиливается и перенаправляется на выходной драйвер

Рис. 3 Классический интегральный линейный датчик Холла MLX90242

Таблица 5. Сравнительные характеристики новейших абсолютных интегральных угловых энкодеров Холла

Схема включения датчика в измерительную сеть

MLX90316 — новейшая программируемая гибридная ИС абсолютного магнитного углового энкодера в диапазоне 0–360° на базе технологии Tria is, сенсорная часть которого состоит из одного ИМК на КМОП-подложке ИС в корпусе SOIC8 или расположенных на двойной подложке двух ИМК в корпусе TSSOP16, и массива (массивов) взаимно ортогональных планарных элементов Холла, размещенных под ИМК, попарно чувствительных к направлениям X и Y соответственно (рис. 45 а, б).

Рис. 45. Практическая реализация технологии Tria is™ в MLX90316 Melexis: а — размещение магнита относительно сенсорной части и схема измерения угла с MLX90316 в корпусе SOIC48; б — взаиморасположение магнита относительно сенсорных частей и схема измерения угла с MLX90316 в корпусе TSSOP416

Функциональная схема MLX90316 показана на рисунке 45в.

Рис. 45в. Практическая реализация технологии Tria is™ в MLX90316 Melexis: функциональная схема ИС MLX90316

Кроме собственно сенсорной части этапы обработки сигнала в ИС включают: мультиплексирование (MUX), усиление, АЦП, ЦОС с микроконтроллером, RAM, ROM и EEPROM.

Первая ступень схемы предназначена для кодировки сигналов механического угла в два дифференциальных сигнала с фазовой разницей 90° — синусный и косинусный (рис. 46). Синусно-косинусные сигналы U_X и U_Y, пропорциональные величине магнитного потока, обрабатываются в дифференциальной аналоговой цепи с применением классических техник отмены сдвигов (spinning и chopper — стабилизированный усилитель), а затем оцифровываются АЦП с разрешением, конфигурируемым в 14 или 15 бит, и передаются в блок ЦОС.

Рис. 46. Формирование первичных синусно-косинусных сигналов в MLX90316

Основным элементом блока ЦОС является 16-битный RISC-микроконтроллер, использующий цифровое представление сигналов для вычисления угла посредством табличной функции арктангенса², применяемой к соотношению сигналов U_Y / U_X:

² В MLX90316 вычисление функции арктангенса осуществляется именно посредством просмотра таблиц, без применения CoRDiC-алгоритма

Функциональность ЦОС управляется специальным микрокодом микроконтроллера (firmware — F/W), хранимым в памяти ROM.

В дополнение к функции арктангенса ATAN микрокод F/W контролирует всю аналоговую цепь, выходную передаточную характеристику, выходной протокол, этапы калибровки, программирования и режимы самодиагностики.

Поскольку функция ATAN вычисляется из соотношения U_Y / U_X (как при использовании магниторезистивных датчиков), угловая информация является независимой от вариаций плотности потока при изменении воздушного зазора, магнитных неоднородностей, влияния температуры, несогласований двух квадратурных сигналов.

В отличие от классических датчиков Холла рассматриваемый измерительный принцип обеспечивает улучшенную температурную точность, способность измерять углы в диапазоне 360° с высокой линейностью, независимой от взаимоположения ИС и магнита.

Текущее цифровое значение угла затем может быть преобразовано 12-битным ЦАП в аналоговую форму. Другие типы выходного формата, поддерживаемые ИС, — 12-битный ШИМ и последовательный выход (см. табл. 13). Выходная передаточная характеристика датчика полностью программируема (смещение, усиление, ограничивающие уровни), причем в отличие от однократно программируемых энкодеров Austriamicrosystems программирование рабочих настроек и коэффициентов MLX90316 выполняется в перепрограммируемой энергонезависимой памяти EEPROM [103–108, 116].

Поскольку MLX90316 работает в диапазоне полей 50 мТл, так же, как и все энкодеры, представленные в таблице 12, данная ИС может быть использована в качестве альтернативной замены AS5040 в конструкции цифрового датчика положения педали, изображенной на рис. 38 в части 6 настоящей публикации. Одновременно MLX90316 является новым, практически однокомпонентным решением для аналоговых датчиков, показанных на рис. 41 (при цене ИС от $1.20).

Схему подключения MLX90316, приведенную на рис. 47, Melexis рекомендует специально для аналоговых датчиков.