磁性方位传感器(MPS)是电机操控运用中的重要组件；传统MPS易受杂散磁场搅扰，形成安全疑虑。新一代双像素MPS选用差分传感技能规划，可有用阻绝杂散磁场搅扰，到达更精细准确的电机操控，并满意日益严厉的功用安全规范要求。
在工业及轿车商场，磁性方位传感于各种电机及电机操控运用中已日益的遍及，而用来丈量通量密度的各种办法也继续前进，促进彻底集成型传感IC或磁性方位传感器(Magnetic Position Sensor, MPS)的开展。这类传感器在单一芯片中集成磁性传感、信号调理及信号处理功用，如奥地利微电子(ams)推出的最新一代3D MPS，能从三个方向传感磁性通量，这让它们的运用规模比起曾经更为广大(图1)。
图1 3D MPS周围磁场三个向量的图示
就方位传感而言，无论是选用哪种磁性传感办法，都比光学传感或触摸式传感(电位器)来得安稳和牢靠，这是因为磁性技能不会遭到尘土、油污、轰动及湿润的影响，而这些要素在苛刻的轿车和工业运用中是很常见的。
在轿车领域中，产品规划有必要契合ISO26262功用性安全规范所规则的严厉危险办理要求。可是，运用传统MPS的规划工程师愈来愈常遇到一个问题，便是来自杂散磁场的搅扰，这会损坏MPS的输出，或是将信噪比(SNR)降至让人无法承受的程度。乃至是肇因于杂散磁场的已知危险，也会对注重安全的规划形成危害。
跟着轿车电气化程度的扩展，这样的危险日益添加。特别是带着高电流的电机及电线，正是杂散磁场的强壮来历；这在许多工业运用中也相同是存在的。维护软弱的MPS不受杂散磁场的影响，现有的对策既费事又贵重。好像这篇文章所言，较佳的办法是进步MPS关于杂散磁场的免疫力。
传感器远离杂散磁场搅扰常见办法
因应杂散磁场的常见办法之一是屏蔽传感器IC。这不是一个好办法，这样的说法是根据两个理由。首要，所运用的屏蔽资料不只是会和杂散磁场发生作用，还会和这个MPS的匹配磁场发生作用。(这个配对的磁铁附着于要被丈量的移动目标上。当这个配对磁铁往前或往后移动远离传感器时，静态MPS会将磁通量的改动，转换为准确的位移量测。)屏蔽资料自身会被磁化，并且它的特性也简略跟着温度改动而改动。
此外，屏蔽资料会表现出磁滞行为，这可能会将配对磁铁的磁力线从头导向为远离传感器。为防止屏蔽的寄生特性会中止体系的运作，所以有必要把它放在间隔磁铁较远处。这就约束了体系规划工程师在布局、布线及放入传感器模块组件的自由度。这也会让体系更大、更重、更杂乱、更难拼装及更贵重。
另一种天壤之别的办法则不需要屏蔽，而是让MPS和具有极高剩磁(Br)的磁铁配对，将它放置在接近MPS的方位。此种做法的作用是要让信号对杂散场比 (Signal-to-stray-field Ratio)较有利；这关于全体SNR也有相同的作用。不幸的是，像是钕铁硼磁石(NdFeB)或钐钴磁石(SmCo)这些类型的强力磁铁，价格约是廉价的永磁铁氧体或塑料连联合磁铁的十倍之多，这就损坏了MPS在许多运用中的本钱优势。此外，这样的办法对许多运用而言并不合适，因为它们无法将磁铁放在接近IC的当地。
借力双像素传感器IC MPS增强杂散磁场搅扰免疫力
比起这些办法都来得更好的办法，是让传感器免疫于杂散磁场。事实上，一个根本的数学运作就能让来自杂散磁场的噪声消失，传感器的硬件可支撑此技能。此外，高超的布局办法，让配对磁铁尽可能接近IC，也有助于添加传感器模块关于杂散磁场的容忍度。可是，仅有能到达免疫于杂散磁场的办法，就只有运用内建此功用的MPS。
具有杂散磁场免疫力的MPS，要害硬件特性在于双像素(Dual-pixel)磁性传感元素(图2)。不像传统的3D磁性方位传感器，双像素传感用两个像素单元来替代一个单元，以此来测定磁铁的方位。这种双像素架构能够被用来履行差重量测(Differential Measurement)。
图2 AS54xx双像素传感器IC架构
每一个像素单元都能够量测磁场的三个向量：Bx、By及Bz。在奥地利微电子所供给的AS54xx传感器系列产品中，这两个像素单元相距2.5毫米 (mm)。为了要简略地阐明数学运作，以下关于传感器作业原理的阐明将集中于线性运用(图3)。在这里，此设备仅丈量Bx及Bz向量。
图3 使用MPS及双极磁铁丈量线性电机
此传感器IC丈量以下的数值，以决议磁铁的方位：
Bx_Pix0… 磁场的x向量，由Pixel0丈量
Bx_Pix1… 磁场的x向量，由Pixel1丈量
Bz_Pix0… 磁场的z向量，由Pixel0丈量
Bz_Pix1… 磁场的z向量，由Pixel1丈量
图4显现磁铁在-15mm至+15mm的规模内移动时，此运用的输出曲线。当磁铁方位=0，这个磁铁就位在IC封装体的正中间。在这个方位上，这个磁铁的北至南极磁极过渡带(Pole Transition)就落在两个像素之间。因为两个像素相距2.5mm，所以Pix0和Pix1曲线间存在着±1.25mm的相移(Phase Shift)。
图4 双像素传感器IC的输出丈量
从这四个数值，传感器IC会核算两个差分信号，被称为Bi(针对x向量)以及Bj(针对z向量)：
Bi=Bx_Pix0–Bx_Pix1
Bj=Bz_Pix0–Bz_Pix1
然后，让咱们幻想一个作用于被丈量设备的杂散磁场Bs。这个杂散磁场的来历，一般比它配对的磁铁离传感器IC更远。这也就意味规划师能够假定相同的杂散磁场向量被作用于两个像素单元。
所以，Bi和Bj公式是相同的，可是有着杂散磁场Bs作用于它们身上：
很明显能够看到Bs数值不会影响Bi和Bj的数值。咱们容易就能将Bs从核算中移除，能在彻底没有来自杂散磁场的搅扰的情况下进行准确的方位丈量(图5、图6)。
图5 传感器IC核算的sin, cos信号
图6 传感器%&&&&&%核算出的磁铁方位
所以，磁铁的方位(MPos)就能使用Bi和Bj数值，透过一个ATAN2函数核算出来。 MPos=ATAN2(-Bj；Bi)
