新型位置传感器采用多种方式实现精度

到21世纪初，经典的限位开关已经被霍尔效应传感器所取代，但两者都受到二进制输出的限制。试图控制机械设备位置的系统设计师只有一个比特的数据来工作，这对控制回路来说不是最佳的。过去几年，一直到2015年，位置传感技术在分辨率(现在超过28位精度)和对杂散场的相对免疫方面都有显著的创新。(有关取代机械微开关的老技术列表，请参阅侧栏，”老Distance-Sensing技术”．）

德州仪器公司的2通道和4通道电感-数字传感器

在2013年末,德州仪器公司推出了单通道LDC1000，这是一种独特的位置传感半导体器件，具有20位精度，基于一种可以称为“电感-数字转换器”的技术。今年4月，TI推出了一款多通道版本，双成员LDC1614系列，提供两个或四个匹配通道和高达28位的分辨率，所有这些都在一个集成电路中。

任何熟悉电子乐器的人都叫它特雷门掌握这个概念，虽然不一定是工程上的，但要把这个概念转化成一个28位精度的数字输出测量装置。(准确地说，在特雷门琴中有两个传感器:一个用于输出正弦波的俯仰角，另一个用于音量控制。)

在TI LDC器件的任何通道中，正在数字化的是LC槽电路中附近导体的失谐效应(图1)．通常，罐体线圈是一个小螺旋在PC板。与线圈平行的是一个固定电容器。最新设备上的水箱谐振频率可以从1 kHz到10 MHz的任何地方。(在最初的单通道最不发达国家，范围为5 kHz至5 MHz。)

在工作中，以其谐振频率驱动槽电路。一些辐射能量可以被附近的导体所接收，并且在该导体中的涡流将产生一个场，在水箱线圈中产生相反的电流。线圈中的交流电流会产生磁场，在附近的导体中引起涡流。涡流取决于目标导体的距离、大小和组成。然后，涡流产生自己的磁场，与线圈周围的磁场相反。

什么是TI的LDC器件测量的是一个等效的并联谐振阻抗，R_p，与距离有关，d，至外导体，其中:

R_p（d) = (1 / ((R_年代+ R (d)))×([L_年代+ L (d))) / C

的d设计表明，这些变量是到干扰导体的距离的函数．

与此同时，LDC内部也发生了很多事情。它测量水箱的阻抗和谐振频率，并利用这些信息将振荡振幅调节到一个恒定的水平，同时监测谐振器消耗的能量。它同时求解Rp。Rp和频率通过I输出为数字值²C接口。要了解更多关于这些设备的应用和有关这项技术历史背景的信息，请参阅“重新定义感应传感”，网址是electronicdesign.com。

去年年底,模拟设备ADXRS290是一款高性能MEMS俯仰和滚转(双轴，平面内)角速率传感器陀螺仪，非常适合光学稳像、平台稳定和可穿戴产品等应用。它是基于一个共振盘传感器结构，使角速率测量关于三轴的正常的包装的侧面。角速率数据格式化为16位二进制补码，可以通过SPI数字接口访问。该设备包含可编程高通和低通滤波器，允许它达到每根赫兹0.004%的噪声下限。它的灵敏度规格是每度每秒200 lbs。

资料单张较简明扼要地解释运作概念(图2所示。）

本质上，MEMS装置的工作原理是一个振动速率陀螺仪，用于检测俯仰和滚转位移，并报告它们的角位移速率。有四个像图中所示的耦合结构，都是用多晶硅制造的。每个结构包括一个静电驱动的共振盘，当发生角位移时，产生产生科氏转矩所需的必要旋转速度单元。

经过解调和模数转换后，用单极带通滤波器对速率信号进行滤波。该滤波器的高通极点和低通极点通过数字接口进行编程。

陀螺运行5v，但传感结构需要31v，因此陀螺采用了一个升压dc/dc变换器。这需要一个外部1 μ f电容，这在最终设计中需要一些板空间。MEMS本身采用4.5 × 5.8 × 1.2 mm, 18端腔层压封装。输出是通过4线SPI总线。

ams双像素AS54xx系列

今年早些时候,电子设计报告了新一代的三维磁位置传感器，可以在三维空间中感知磁通量，允许它们在更广泛的位置传感应用中使用(见"克服磁位置传感器集成电路中的杂散场干扰”)。这种芯片被称为“3D双像素传感器ic”，可以帮助机器设计师遵守为带有多磁场感应电气系统的车辆开发的新功能安全标准。这项技术是由自动对盘及成交系统该公司是一家奥地利传感器制造商。

保护霍尔效应传感器不受杂散场影响的通常方法是屏蔽它们。这通常是不令人满意的，原因有很多，在上面的文章中提到。

通常的做法是将位置传感器放置在非常接近具有高剩磁的磁铁(B_r)．这提高了信杂场比，实际上，提高了总体信噪比。不幸的是，由钕铁硼等材料制成的真正强大的磁铁比廉价的硬铁氧体或塑料粘结磁铁贵10倍。ams的工程师们提出的方法是使用双像素磁传感元件(图3)。使用两个像素单元而不是一个，使得应用差分测量技术成为可能，因为每个像素单元可以测量磁场的所有三个向量:Bx, By和Bz。在ams的AS54xx传感器家族中，两个像素单元需要间隔2.5 mm。

原始的电子设计文章包含了一个数学插图。本质上，它表明当磁体正好位于集成电路封装的正中央时，磁体的南北极过渡正好在这两个像素之间。由于像素之间的距离为2.5 mm，两个像素的响应之间有±1.25 mm的相移，传感器内部处理器中的算法可以从中推导出两个差分信号，表示x和z向量。

如果存在一个杂散磁场，它可能来自一个离传感器远得多的源，而不是来自配对磁铁的磁场。它在两个像素上有相同的效果。这就是位置测量的差异。原始论证中较长的解释更严谨，但这是解释的要点。简而言之，传感器磁体的位置可以通过反正切计算来提取。

AS54xx特点

ams的AS54xx系列汽车位置传感器提供14位分辨率。它们在-40°C和150°C之间可用，没有外部温度补偿。数据表引用的输入范围从5到100 mTesla。其他功能还包括集成的自我监控，在接地连接或电源故障时提供保护的安全层，以及欠压和过压保护。EEPROM自检检测位翻转。

双像素差分的工作原理不仅提供了杂散场免疫;它还消除了对温度和时间漂移进行补偿的需要。