非接触式AMR角度测量实验

    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。

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    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 × ΔØ/180°

    这样便形成了仅有一个磁极长度的绝对测量系统。若磁体有多个磁极，则对通过的磁极进行计数可获得更精确的读数。实现该功能需要更多电子元器件，并且通常具有不同磁极长度的第二个磁体能为额外的传感器提供参照点。

    电路评估与测试

    本电路使用EVAL-SDP-CB1Z系统演示平台(SDP)评估板和EVAL-CN0323-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-CN0323-SDPZ包含待评估电路，如本笔记所述。EVAL-SDP-CB1Z与CN-0323评估软件一同使用，收集EVAL-CN0323-SDPZ评估板的数据。

    设备要求

    需要以下设备：

    · 带USB端口的Windows® XP、Windows Vista®(32位)或Windows® 7(32位)PC

    · EVAL-CN0323-SDPZ评估板

    · EVAL-SDP-CB1Z评估板

    · 6 V电源或壁式电源适配器

    · CN-0323评估软件

    · 传感器封装处磁场强度不低于25kA/m的钕磁体。

    开始使用

    将CN-0323评估软件光盘放入PC中，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15所示为测试设置的功能框图。

图15. 测试设置框图 

    设置

    将EVAL-CN0323-SDPZ上的120引脚连接器连接到EVAL-SDP-CB1Z上的连接器。使用尼龙五金配件，通过120引脚连接器两端的孔牢牢固定这两片板。

    在断电情况下，将6.0 V直流管式插孔连接到J4连接器。将EVAL-SDP-CB1Z附带的USB电缆连接到PC上的USB端口。注意：此时请勿将该USB电缆连接到SDP板上的微型USB连接器。

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