【導讀】隨sui著zhe各ge行xing各ge業ye自zi動dong化hua程cheng度du的de提ti高gao，運yun動dong控kong製zhi的de重zhong要yao性xing日ri益yi凸tu顯xian。為wei了le有you效xiao地di驅qu動dong電dian機ji，描miao述shu速su度du和he位wei置zhi的de控kong製zhi輸shu入ru必bi不bu可ke少shao。然ran而er，實shi現xian這zhe種zhong感gan測ce的de技ji術shu有you多duo種zhong

，每mei種zhong技ji術shu都dou有you不bu同tong的de特te點dian和he應ying用yong場chang景jing。

隨sui著zhe各ge行xing各ge業ye自zi動dong化hua程cheng度du的de提ti高gao，運yun動dong控kong製zhi的de重zhong要yao性xing日ri益yi凸tu顯xian。為wei了le有you效xiao地di驅qu動dong電dian機ji，描miao述shu速su度du和he位wei置zhi的de控kong製zhi輸shu入ru必bi不bu可ke少shao。然ran而er
，實shi現xian這zhe種zhong感gan測ce的de技ji術shu有you多duo種zhong，每mei種zhong技ji術shu都dou有you不bu同tong的de特te點dian和he應ying用yong場chang景jing。

本文將比較不同的旋轉感測技術

，並討論選擇它們的原因。然後，我們將了解市場上的一些最新器件。

位置感測應用

為了提高精度、提ti升sheng良liang率lv並bing降jiang低di運yun營ying成cheng本ben，許xu多duo原yuan來lai需xu要yao手shou動dong操cao作zuo的de流liu程cheng都dou實shi現xian了le自zi動dong化hua
，這zhe使shi得de位wei置zhi感gan測ce應ying用yong迅xun速su增zeng長chang。實shi際ji上shang
，隻zhi要yao存cun在zai某mou種zhong形xing式shi的de運yun動dong，就jiu需xu要yao有you傳chuan感gan器qi向xiang控kong製zhi器qi提ti供gong位wei置zhi信xin息xi。

工業 4.0 推動工業市場在自動化領域取得許多進步。機器人技術越來越普及，實現了全天候“無人”操作，而且不會疲勞或犯錯誤——這就要求每個運動軸都配備一個傳感器。在傳統工廠中與人類一起工作的“協作機器人”也是如此。

如今，許多零部件都是通過機器製造的——有的使用數控 (CNC) 機床，有的使用激光切割機，還有的使用 3D dayinji。zhexiejiqidouyouhuodongbujian，xuyaojingquedeweizhikongzhicainengmanzuzhiliangmubiao。lingbujianjiagonghaohou，tongchanghuitongguozidonghuawuliaobanyunhuochuansongdaijinxingyunshu
，zheyexuyaoweizhigancegongneng。

zaigongchangyiwaidechanghe
，henduodifangyexuyaoweizhikongzhi，birunaxiekeyiyidonghuanzhehuosaomiaoyidedaxingyiliaoshebei。lingwai，jiqirenxianzainenggouzuoshoushu

，zhetongyangxuyaofeichangjingquedekongzhi。

在交通運輸領域，每一種應用都涉及到運動。無論是火車、農用機械、建築機械等傳統交通工具
，還是倉儲中的自主移動機器人 (AMR) 和成千上萬的無人機等新興應用，都需要位置感測。

隨著所有驅動方式（內燃機 (ICE)、純電驅動 (EV) 和混合動力）的乘用車都在向電氣化方向發展
，機械控製方案正在被“線控驅動”和“線控轉向”等係統所取代。為了使這些係統正常運作
，必須將油門踏板（加速器）的位置信息傳送給電子控製單元 (ECU)

，或者將方向盤的位置信息傳送給轉向控製係統。

隨著電子控製擴展到車輛操作的幾乎所有方麵，位置感測技術也廣泛應用於懸掛組件（用於調平/行駛控製）、動力總成以及電動車窗、天窗、門鎖等方麵。

位置感測技術比較

旋轉位置感測主要使用三種技術——光學、磁性和電感技術
，每種技術都有各自不同的工作模式


、優點、缺點和應用場景。

光學編碼器通常被認為是最準確的（盡管並非所有情況下都是如此），其工作原理是讓光穿過帶孔的圓盤，在圓盤旋轉時，利用光脈衝來檢測運動。

圖 1：旋轉位置感測的主要方法包括光學
、磁性和電感技術

通tong常chang，這zhe類lei器qi件jian用yong於yu需xu要yao極ji高gao精jing度du的de應ying用yong，例li如ru精jing密mi機ji器qi人ren以yi及ji數shu控kong車che床chuang或huo激ji光guang切qie割ge機ji等deng機ji床chuang。雖sui然ran它ta們men精jing度du高gao且qie對dui磁ci場chang不bu敏min感gan，但dan易yi受shou圓yuan盤pan上shang的de振zhen動dong和he汙wu垢gou影ying響xiang
，這zhe些xie因yin素su可ke能neng會hui導dao致zhi它ta們men失shi效xiao。

cixingbianmaqiwangwangjingdujiaodi，zhuyaoyongyuduichengbenfeichangmingandeyingyong。tamenzaicunzaizhendonghewurandeqingkuangxiabiaoxianlianghao
，danwaibucichanghuiduiqizaochengmingxiandeyingxiang，zhexianzhiletamendeshiyongfanwei。

電感式編碼器精度優於磁性編碼器，能夠承受較高程度的振動和汙染，而且對磁場不敏感。其他優點包括：可重複性好，對溫度不敏感，器件數量少
，尺寸小
，並且不需要稀土材料（即磁體）。

NCS32100 雙電感位置傳感器

安森美(onsemi)的 NCS32100 雙電感位置傳感器通過兩個簡單而創新的 PCB 盤


，實現了出色的非接觸式位置精度
，精度優於 +50 角秒或者機械旋轉 0.0138 度。一個 PCB 固定在電機定子（靜止部分）上，而另一個單層 PCB 固定在轉子或軸上。兩個 PCB 平行放置，中間以 0.1mm 至 2.5mm 的氣隙分隔。NCS32100 位於定子 PCB 上。

粗細（雙）導電走線或線圈印刷在兩個盤麵上。第三條導電跡線稱為勵磁線圈，印刷在定子 PCB 上。NCS32100 向勵磁線圈發送 4MHz 正(zheng)弦(xian)波(bo)，使(shi)定(ding)子(zi)勵(li)磁(ci)線(xian)圈(quan)周(zhou)圍(wei)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)場(chang)。根(gen)據(ju)法(fa)拉(la)第(di)互(hu)感(gan)定(ding)律(lv)，轉(zhuan)子(zi)的(de)粗(cu)細(xi)走(zou)線(xian)線(xian)圈(quan)與(yu)電(dian)磁(ci)場(chang)相(xiang)交(jiao)，將(jiang)能(neng)量(liang)耦(ou)合(he)到(dao)轉(zhuan)子(zi)線(xian)圈(quan)中(zhong)，形(xing)成(cheng)渦(wo)流(liu)。

同時
，定子的粗細線圈連接最多八個 NCS32100 接收器輸入。當轉子旋轉時，轉子的渦流會幹擾定子接收線圈。NCS32100 通過其內部 DSP（數字信號處理器）的專有算法處理這些幹擾
，從而測量出轉子位置。

圖 2：雙電感技術通過簡單方案提供高性能

采用40mm PCB 傳感器
，NCS32100 能在 6,000 RPM 轉速時實現 ±50 角秒的位置精度
，在犧牲些許精度的情況下，轉速高達 45,000 RPM。采用更大的 PCB 傳感器或讓轉子與定子精確對準，可以實現 +/- 10 角秒以內的更高精度。

這種簡單方案隻需使用少量電子器件，從而確保尺寸小巧且成本低廉。此外
，它還對溫度波動、汙染和外部磁場完全不敏感。

雙電感技術集成方案

安森美的 NCS32100 支持設計用於工業應用和環境的高精度旋轉位置傳感器。它是一款絕對位置器件，無需運動即可確定位置。NCS32100 還能夠在高達 45,000 RPM 的轉速下計算轉速。

在高達 6,000 RPM 的轉速下，NCS32100提供了 ±50 角秒的完整精度
，可與許多光學編碼器的性能相媲美。該器件還集成了 Arm® Cortex® M0+ MCU，提供高度可配置性和內部溫度傳感器。

NCS32100 內置的校準例程允許傳感器通過單個命令實現自校準，此過程隻需兩秒鍾。它不需要參考編碼器，隻要轉子轉速在100 到 1000 RPM 之間，，該程序就可以隨時運行。所有校準係數都存儲在非易失性存儲器 (NVM) 中。

典型光學方案總共需要三塊 PCB——光學圓盤、定子 PCB 和 LED 驅動器 PCB，實現全部功能需要大約 100 個器件。

圖 3：雙電感技術在精度上可媲美光學技術
，而複雜性和成本比後者更低

相比之下
，基於 NC32100 的方案僅需要兩塊 PCB：轉子是不含任何器件的單層 PCB

，而定子 PCB 僅包含 12 個器件。

在汽車應用中，雖然成本和可靠性很重要，但安全性更是至關重要，尤其是在轉向或刹車等應用中。安森美的汽車級絕對位置傳感器 NCV77320 符合 ISO26262 標準，專門針對這些關鍵應用場景而設計。NCV77320 的位置精度為 194.3 角秒或機械旋轉 0.0539 度（具體取決於 PCB 幾何形狀）
，主要是因為它隻有 3 個接收器輸入，而 NCS32100 有 8 個接收器輸入，並且 NCV77320 不支持粗細線圈 PCB 配置。NCV77320 和 NCS32100 都可作為旋轉編碼器或線性編碼器運行。

NCV77320 的應用包括製動踏板傳感器、油門踏板傳感器、電機位置傳感器、製動係統傳感器、車輛水平傳感器、變速箱擋位傳感器
、油門位置傳感器和廢氣再循環閥傳感器。

與 NCS32100 一樣，NCV77320 對汙染
、溫度變化和磁場幹擾不敏感，並且可用於環境溫度範圍為 -40ºC 至 +150ºC 的汽車環境。

NCV77320 能夠以高達 10,800 RPM 的轉速運行


，並通過 SENT、SPI 或模擬接口與配套 MCU 進行通信。

總結

隨著自動化日益普及
，人們對旋轉電機位置感測的需求越來越大。目前有多種技術可實現此功能，包括光學、磁性和電感技術。光學技術精度高
，但價格昂貴且容易受汙染影響。磁性技術成本低，但容易受磁場幹擾。

電感技術日益受到青睞，而且隨著雙電感傳感器的出現

，現在能夠打造既具備光學級精度而又更具成本效益的傳感器。

（來源：安森美，作者：Bob Card，安森美先進方案部 (ASG) 營銷經理）

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