磁阻视点与线性方位丈量体系常常会被运用到电机的操控上，运用非常广泛。下文就给出了该种丈量体系的规划计划。包括硬件选型，软件仿真与测验成果。
电路功用与优势
图1所示紧凑型双芯片电路供给非触摸式各向异性磁阻(AMR)丈量解决计划，可用于视点或线性方位丈量。该双芯片体系在180°规模内具有优于0.2°的角精度，在0.5英寸规模内具有2 mil(0.002英寸)线性精度，具体取决于所用磁体的尺度。
该电路适用于高速、高精度、非触摸式视点和长度丈量要害型运用，比方机床速度操控、起重机视点操控、无刷直流电机和其他工业或轿车运用。
图1.磁阻视点和线性检测体系(原理示意图：未显现去耦和一切衔接)
电路描绘
ADA4571是一款各向异性磁阻(AMR)传感器，集成信号调度扩大器和ADC驱动器，以及用于温度补偿的温度传感器。
ADA4571发生两路模仿输出，指示周围磁场的角方位。
ADA4571集成一个AMR传感器和一个固定增益(标称值G = 40)外表扩大器。ADA4571可供给有关旋转磁场视点的洁净且经过扩大的余弦和正弦输出信号。T输出电压规模与电源电压成份额。
传感器含有两个互成45°角的透磁合金惠斯登电桥。x-y传感器平面的旋转磁场供给两路正弦输出信号，且传感器与磁场方向的视点(α)频率翻倍。在x-y平面的均质场内，输出信号与z方向(气隙)的物理方位无关。
正弦和余弦输出端的输出电压摆幅规模为7% VDD至93% VDD.有两个确诊频段(VDD的0%至7%和VDD的93%至100%)，因而可向一切内部衔接供给焊线断开检测。
ADA4571选用8引脚SOIC封装。
VSIN和VCOS输出的输出阻抗为50Ω，选用外部10 nF电容时组成318 kHz噪声滤波器。
AD7866是一款双通道、同步采样、12位、1 MSPS SAR ADC.RANGE引脚的极性确认模仿输入规模和输出编码。假如片选信号变为低电平时该引脚衔接逻辑高电平，则下次转化的模仿输入规模为0 V至2×VREF(0 V至5 V)，为ADA4571 AMR传感器的0.35 V至4.65 V信号供给大约350 mV裕量。
将REFSEL引脚衔接至低电平可装备ADC运用内部2.5 V基准电压源。VREF引脚供给该电压，但将其用于体系的其他方位前有必要先运用缓冲器。DCAPA引脚和DCAPB引脚选用470 nF电容去耦，保证ADC正常作业。
AD7866同步采样传感器的两个通道。数字字通常在DOUTA和DOUTB端供给。每个数据流包括1个前导零，随后是3个状况位，再加上12位转化数据。但是，坚持CS引脚为低电平并继续额定16个时钟周期，则两个数字字均可从一个通道(DOUTA)获取。因而，SPI接口答应在一条数据线路上拜访两个通道。
AD7866的两个ADC输入均带有双通道多路复用器。A0输入引脚上的逻辑0答应A1和A2输入端转化，而A0输入引脚上的逻辑1答应B1和B2输入端转化。ADA4571的温度传感器输出衔接AD7866的B1输入，并答应对体系进行软件温度校准。
磁阻(MR)理论
磁阻是存在外部磁场时，资料改动其电阻值的才干。最常用的MR传感器根据AMR技能。
图2.各向异性磁阻示例
AMR效应示例如图2所示。电流(I)流过导体，受外部磁场(HY)影响。导体电阻的改动与磁化矢量(M)和电流矢量(I)之间的视点成函数联系。磁化矢量是内部磁场(HX)与施加的外部磁场(HY)的净求和成果。
当磁化矢量(M)与电流矢量(I)平行时，具有最大电阻。当磁化矢量(M)与电流矢量(I)笔直时，具有最小电阻。
有用运用AMR效应要求导体本身有必要对机械应力资料不灵敏，但对磁束缚灵敏。由于这些原因，透磁合金(80%镍，20%铁)是AMR传感器制作中最常用的合金。
透磁合金特点
透磁合金条有两个特点，创立视点丈量体系时会具有规划挑战性。
首要，透磁合金具有较窄的线性作业区(见图3)。仅当磁化矢量(M)和电流矢量(I)之间的视点变大时，呼应才是线性的。不幸的是，线性呼应不久后透磁合金就会饱满。
图3.透磁合金电阻与磁场的联系
其次，透磁合金对极性不灵敏。不管磁化矢量(M)和电流矢量(I)之间的视点是正或负，透磁合金条的电阻都将下降。
双色条磁极
改进透磁合金条线性度和磁极非灵敏特性的常用办法是与金属条的轴向成45°增加铝条(称为双色条磁极，如图4所示)。双色条磁极间活动的任何电流都将走最短的途径——笔直途径，而且电流矢量(I)和磁化矢量(M)之间的视点偏移45°。
图4.透磁合金条的双色条磁极效应
图5显现向透磁合金条中参加双色条磁极后的成果。电流矢量偏移45，但磁化矢量坚持不变。留意，线性特性现在存在于图形的中心部分。
图5.双色条磁极透磁合金电阻与磁场的联系
磁场强度
磁场强度至少为25 kA/m，才干保证满意ADA4571数据手册中的规范。该鼓励磁场有必要与ADA4571封装内传感元件的中心部分相交。
挑选磁体时，需考虑传感器和磁体之间的气隙，如图6所示。假如磁体未挨近传感器放置(即间隔d极大)，则或许需求更强或更大的磁体才干保证到达最小磁场强度要求。
图6.用于转轴视点丈量的磁体方向与气隙
传感器基础知识
规范AMR传感器由两个惠斯登电桥组成，相互之间的相对视点为45°，如图7所示。
图7. ADA4571双惠斯登电桥装备
旋转磁场发生正弦和余弦输出信号，如图8所示。两个信号在180°规模内均为周期信号，因而没有额定元件或参考点就无法进行全方位360°丈量检测。
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改动都会发生52 mV的输出电压改动。视点的灵敏度并非常量。灵敏度下降的部分是线路斜率挨近零时的输出部分。
如图8所示，余弦输出(绿线)在磁化矢量视点挨近0°、90°、180°或270°时丢失灵敏度。类似地，正弦输出(红线)在磁化矢量视点挨近45°、135°、225°和315°时丢失灵敏度。走运的是，当一个通道的灵敏度下降时，另一个通道处于高灵敏度区域。
体系带宽、磁场旋转
磁场视点矢量是了解电路带宽的重要内容。ADC每微秒转化一个样本。为了取得1°分辨率，磁场1 ms只能移动1°(2.778 kHz)，不然ADC无法以足够高的速度进行采样，以便跟上磁场改动的速度。关于1 MSPS ADC，这表明磁场的最大可用角速度为2.778 kHz.
旋转丈量测验成果
将直径方向的N42磁体(直径= 0.5英寸，厚度= 0.125英寸)衔接至金属杆的结尾。精密直流电机可对金属杆进行精密视点操控。传感器准确装置在磁体正面。气隙设为2 mm.只需磁铁鼓励使传感器彻底饱满，则成果便与气隙根本无关。
电机滚动，创造出与传感器相交的旋转磁场，从而发生重复性正弦和余弦输出电压，合适进行视点核算和数据收集。
图9显现了该设置的功用框图。图10是该设置的相片，可用来收集轴尾装备的数据。该设置由无刷直流电机、物理装置、磁体和集成相应ADA4571传感器的PCB组成。
图9.数据收集测验设置——轴尾装备
图10.无刷直流电机基准测验设置相片
图11经过磁体的屡次滚动，将电机的机械角与传感器的核算磁场角相比较。该核算运用两个输出之比的横竖切函数。未进行校按时，差错挨近±1°。
图11.失调校对前的角差错与机械角之间的联系
图12显现仅有一次失调校对的差错。无需针对正弦和余弦的起伏失配、非线性度或正交性校对进行额定调理。运用每个通道的峰峰值或平均值可确认失调值，由于它贯穿整个机械旋转。从对应通道中减去失调，以取得线性传感器呼应。最大差错挨近±0.2°，而该规模内的绝大部分差错小于±0.1°。
图12.仅针对失调进行校对后的角差错与机械角的联系
PCB布局考虑
CN-0368体系的PCB选用4层板堆叠而成，具有较大面积的接地层和电源层多边形。
在任何重视精度的电路中，有必要细心考虑电路板上的电源和接地回路布局。PCB应尽或许阻隔数字部分和模仿部分。有关布局和接地的具体论说，请拜见MT-031攻略;有关去耦技能的信息，请拜见MT-101攻略。
一切IC的电源应当用1μF和0.1μF电容去耦，以恰当按捺噪声并减小纹波。这些电容应尽或许挨近器材。关于一切高频去耦，主张运用陶瓷%&&&&&%。
电源走线应尽或许宽，以供给低阻抗途径，并减小电源线路上的毛刺效应。经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材。图13为PCB的相片。
图13. EVAL-CN0368-SDPZ板的相片
常见改动
如需1 MSPS以上采样速率，应考虑运用下列同步采样ADC;
如需12位或14位以上的分辨率，可运用AD7655(1 MSPS时为16位)。
电路评价与测验
本电路运用EVAL-SDP-CB1Z体系演示渠道(SDP)板和EVAL-CN0368-SDPZ电路板。这两片板具有120引脚的对接衔接器，能够快速完结设置并评价电路功用。
EVAL-SDP-CB1Z板与CN0368评价软件一起运用，捕获EVAL-CN0368-SDPZ电路板的数据。
设备要求
需求以下设备：
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评价软件
传感器封装处磁场强度不低于25 kA/m的钕磁体
开始运用
将CN0368评价软件光盘放入PC，加载评价软件。翻开我的电脑，找到包括评价软件光盘的驱动器，翻开Readme文件。依照Readme文件中的阐明装置和运用评价软件。
功用框图
图14所示为测验设置的功用框图。
图14.测验设置框图
设置
将EVAL-CN0368-SDPZ上的120引脚衔接器衔接到EVAL-SDP-CB1Z上的衔接器。运用尼龙五金配件，经过120引脚衔接器两头的孔牢牢固定这两片板。
在断电情况下，将6 V直流管式插孔衔接到J4衔接器。将EVAL-SDP-CB1Z顺便的USB电缆衔接到PC上的USB端口。此刻请勿将该USB电缆衔接到SDP板上的微型USB衔接器。
将钕磁体直接放置在IC之上，或置于专为旋转磁体而规划的夹具中，使IC和磁体的间隔最短。
使磁场的其他来历远离%&&&&&%很重要，由于任何杂散磁场都会使传感器输出电压发生差错。
测验
为直流管式插孔、J4衔接器上电。发动CN0368评价软件，并经过USB电缆将PC衔接到EVAL-SDP-CB1Z上的微型USB衔接器。
一旦USB通讯树立，就能够运用EVAL-SDP-CB1Z来发送、接纳和捕捉来自EVAL-CN0368-SDPZ的串行数据。
