【導讀】本文概述了當前用於實現真通電(TPO)多(duo)圈(quan)傳(chuan)感(gan)功(gong)能(neng)的(de)方(fang)法(fa)，並(bing)介(jie)紹(shao)了(le)一(yi)種(zhong)將(jiang)重(zhong)塑(su)工(gong)業(ye)與(yu)汽(qi)車(che)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)市(shi)場(chang)的(de)簡(jian)化(hua)新(xin)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。無(wu)論(lun)是(shi)否(fou)具(ju)有(you)磁(ci)係(xi)設(she)計(ji)經(jing)驗(yan)，設(she)計(ji)者(zhe)都(dou)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)這(zhe)個(ge)簡(jian)化(hua)的(de)係(xi)統(tong)來(lai)替(ti)代(dai)笨(ben)重(zhong)且(qie)昂(ang)貴(gui)的(de)傳(chuan)統(tong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。

簡介

位wei置zhi傳chuan感gan器qi和he編bian碼ma器qi在zai汽qi車che和he工gong業ye應ying用yong中zhong無wu處chu不bu在zai
，在zai這zhe些xie應ying用yong中zhong，自zi始shi至zhi終zhong都dou知zhi道dao係xi統tong的de位wei置zhi是shi至zhi關guan重zhong要yao。然ran而er，現xian有you位wei置zhi傳chuan感gan器qi和he編bian碼ma器qi隻zhi能neng提ti供gong單dan圈quan或huo360° TPO的位置信息。需要多次旋轉或更寬測量範圍的TPOweizhixinxidexitongtongchangjichengbeiyongdianyuan，yongyuzaiyiwaiduandianhougenzongbingjiyidanquanchuanganqideduocixuanzhuan

，huoshiguanduanhuoduandianqijiangenzongduoquanyundong。huozhe，kexiangxitongzhongzengshechilunjiansujigou，jiangduocixuanzhuanjianshaozhidanquan，bingyudanquanchuanganqijieheshiyong，yongyizhazhaoTPO的多圈位置信息，這些解決方案均昂貴且笨重。並且對於電池備用係統，還需要定期維護合同。

旋xuan轉zhuan編bian碼ma器qi和he線xian性xing編bian碼ma器qi是shi應ying用yong中zhong使shi用yong的de關guan鍵jian設she備bei
，在zai這zhe些xie應ying用yong中zhong，係xi統tong設she計ji者zhe需xu要yao確que保bao機ji械xie係xi統tong的de位wei置zhi始shi終zhong為wei閉bi環huan控kong製zhi所suo知zhi，即ji使shi是shi在zai正zheng常chang運yun行xing周zhou期qi的de一yi部bu分fen或huo意yi外wai斷duan電dian之zhi後hou。係xi統tong設she計ji者zhe麵mian臨lin的de挑tiao戰zhan是shi確que保bao即ji使shi在zai斷duan電dian後hou也ye能neng獲huo取quTPO位置。如果係統狀態丟失，則需要通過一個冗長且往往複雜的過程將係統重置為已知狀態。

傳統解決方案

現代工廠越來越依賴機器人和協作機器人來縮短生產周期

，並提高工廠吞吐量和效率。與標準機器人、協(xie)作(zuo)機(ji)器(qi)人(ren)和(he)其(qi)他(ta)自(zi)動(dong)化(hua)裝(zhuang)配(pei)設(she)備(bei)相(xiang)關(guan)的(de)主(zhu)要(yao)成(cheng)本(ben)和(he)低(di)效(xiao)的(de)原(yuan)因(yin)之(zhi)一(yi)是(shi)在(zai)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)突(tu)然(ran)斷(duan)電(dian)後(hou)所(suo)需(xu)重(zhong)新(xin)歸(gui)位(wei)並(bing)初(chu)始(shi)化(hua)電(dian)源(yuan)的(de)停(ting)機(ji)時(shi)間(jian)。由(you)此(ci)導(dao)致(zhi)的(de)停(ting)機(ji)時(shi)間(jian)和(he)生(sheng)產(chan)力(li)的(de)損(sun)失(shi)代(dai)價(jia)高(gao)昂(ang)
，而(er)且(qie)運(yun)行(xing)效(xiao)率(lv)很(hen)低(di)。雖(sui)然(ran)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)備(bei)用(yong)電(dian)池(chi)
、存儲器和單圈傳感器解決，但這些解決方案都有局限性。電池包的使用壽命有限
，需要通過維護/fuwuhetonglaiguanlidianchigenghuan。zaimouxiecunzaibaozhafengxiandehuanjingzhong
，dianchibaozhongkecunchudezuidanengliangshiyouxiande。chunengdejianshaodaozhiweihuzhouqisuoduan，bixugengpinfandigenghuandianchi。

備用電池的替代方案是使用Wieganddaoxiannengliangshoujimokuai。zhexiemokuaishiyongjingguoteshuchulidedaoxian，qiwaikeciganjiaowanliyuanyuangaoyuneixinjiaowanli。dangcichangxuanzhuanshi，butongdejiaowanlizaiqijianshuchuduanchanshengdianyajianfeng。jianfengkeyongyuweiwaibudianlugongdian，bingjilutiediansuijicunqucunchuqi(FRAM)中的圈數。由ADI公司開發的磁性多圈存儲器不需要外部電源來記錄外部磁場的旋轉次數。因而可以減小係統尺寸並降低生產成本。

多圈傳感器技術

磁性多圈傳感器的核心是由巨磁電阻(GMR)元件的多個納米線組成的螺旋狀GMR材(cai)料(liao)。傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)基(ji)於(yu)形(xing)狀(zhuang)各(ge)向(xiang)異(yi)性(xing)以(yi)及(ji)在(zai)外(wai)部(bu)磁(ci)場(chang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)在(zai)疇(chou)壁(bi)生(sheng)成(cheng)器(qi)中(zhong)生(sheng)成(cheng)的(de)疇(chou)壁(bi)。當(dang)外(wai)部(bu)磁(ci)場(chang)旋(xuan)轉(zhuan)時(shi)，疇(chou)壁(bi)通(tong)過(guo)附(fu)著(zhe)於(yu)疇(chou)壁(bi)生(sheng)成(cheng)器(qi)的(de)窄(zhai)螺(luo)旋(xuan)軌(gui)道(dao)（納米線）傳播，如圖1所示。

圖1.多圈工作原理。

圖2.ADMT4000多圈傳感器方框圖。

當疇壁通過螺旋支腿結構時，每個螺旋支腿元件的狀態都會發生變化。由於這些元件由GMR材(cai)料(liao)製(zhi)成(cheng)，可(ke)通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)其(qi)電(dian)阻(zu)來(lai)確(que)定(ding)每(mei)個(ge)元(yuan)件(jian)的(de)狀(zhuang)態(tai)。該(gai)傳(chuan)感(gan)器(qi)僅(jin)依(yi)賴(lai)於(yu)外(wai)部(bu)磁(ci)場(chang)，計(ji)算(suan)旋(xuan)轉(zhuan)計(ji)算(suan)操(cao)作(zuo)不(bu)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)備(bei)用(yong)電(dian)源(yuan)或(huo)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)技(ji)術(shu)。當(dang)傳(chuan)感(gan)器(qi)重(zhong)新(xin)通(tong)電(dian)時(shi)，無(wu)需(xu)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)用(yong)戶(hu)操(cao)作(zuo)或(huo)係(xi)統(tong)重(zhong)置(zhi)可(ke)直(zhi)接(jie)讀(du)取(qu)圈(quan)數(shu)狀(zhuang)態(tai)。

可簡化係統設計的組合技術解決方案

ADMT4000的頂層方框圖（如圖2所示）將上述GMR多圈傳感器與高精度AMR角度傳感器和集成信號調理IC結合， 提供一種能夠以±0.25°的典型精度記錄46圈或16560°運動的解決方案。集成信號調理IC可進一步增強係統功能以支持諧波校準，從而消除應用中因磁性和機械公差所導致的錯誤。ADMT4000通過SPI或SENT接口提供絕對的46圈（0°至16560°）數字輸出。ADMT4000位於安裝在旋轉軸上的偶極磁鐵對麵
，如圖3所示。

圖3.ADMT4000典型應用裝配。

ADI公司正在準備一種磁性參考設計，使幾乎沒有磁性設計能力的用戶能夠在其應用中輕鬆采用 ADMT4000。可ke除chu了le磁ci芯xin設she計ji之zhi外wai

，該gai參can考kao設she計ji還hai將jiang提ti供gong對dui雜za散san磁ci場chang的de抗kang擾rao性xing和he魯lu棒bang性xing
，使shi客ke戶hu能neng夠gou在zai惡e劣lie環huan境jing中zhong部bu署shu該gai傳chuan感gan器qi。產chan生sheng雜za散san磁ci場chang的de幹gan擾rao源yuan很hen多duo，尤you以yi靠kao近jin電dian動dong機ji或huo製zhi動dong器qi旁pang帶dai電dian流liu的de導dao線xian為wei甚shen。

ADMT4000的功能在許多工業應用中都極具價值，包括發生停電或斷電時的機器人和協作機器人手臂關節位置跟蹤（見圖4）。其他工業應用包括在工業自動化、機床或醫療設備應用中對x-y表進行絕對和TPO跟蹤（如圖5所示）。其他旋轉到線性應用包括但不限於通電時線圈、卷筒、線軸、卷軸、起重機、絞車和升降機的圈數計算（圖6）或停電或斷電時的運動跟蹤。

圖4.機器人/協作機器人應用中的ADMT4000。

圖5.旋轉到線性致動器應用中的ADMT4000。

圖6.拉線編碼器應用。

此外
，ADMT4000提供的TPO位置傳感對於汽車應用而言具有重要價值，包括但不限於變速箱製動器（圖5）、電動助力轉向器包括線控轉向器(EPS)（圖7）、停車鎖致動器
、其他通用致動器和安全帶卷收器（圖8）。

圖7.線控轉向應用。

圖8.安全帶卷收器應用。

ADMT4000的尺寸

、成本和工作溫度範圍使其得到了廣泛應用，包括汽車和工業領域的安全關鍵應用。汽車安全關鍵應用符合ISO 26262標準和特定的汽車安全完整性等級(ASIL)。ADMT4000將作為ASIL-QM或ASIL-B(D)提供，以適應需要和不需要高級ASIL或SIL功能的應用。

結論

ADMT4000和首款集成式TPO多圈位置傳感器旨在顯著降低係統設計的複雜性和工作量，最終實現尺寸更小、重量更輕、成本更低的解決方案。ADMT4000的易用性將使無論是否具備磁性設計能力的設計人員均能夠為當前應用添加或改進現有功能
，並為許多新應用打開大門。

來源：ADI

作者：Stephen Bradshaw, Christian Nau, 和 Enda Nicholl

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