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新一代磁性职位传感器助力无人机、轻工业、医疗和太空机械人应用

宣布时间:2018年10月26日 16:10    宣布者:eechina
要害词: 职位传感器 , 磁性传感器 , 无人机
作者:Mark J. Donovan
艾迈斯半导体

在之前几年里,一系列新的终端市场和应用泉源泛起,推动了对更高性能职位传感器的需求。这在磁性职位传感器 IC 领域特殊显着,此类传感器的供应商曾经照顾市场的急切召唤,泉源推出新产物,专为快速生长的机械人和无人机市场量身定制。新型磁性职位传感器加倍智能,可供应更高的分辨率和精度,更小更轻,而且功耗远远低于其前代产物。本文将简述一下磁性职位传感器的历史,和它们以往所服务的终端市场和服务要领,然后深刻探讨当今新一代器件中引入的特另外新功效和性能。最后,聚焦机械人和无人机领域,分享这些新式的创新型磁性职位传感器的几个用例。

霍尔磁性职位传感器曾经问世很长一段时间了,但随着汽车、破费和工业应用终端市场的赓续电气化,它们现在在这些应用中的应用依然在增添。例如,在汽车领域,磁性职位传感器现在用于诸如转向、制动、变速器、换档器、底盘高度、踏板、油量感测等车辆子系统。而自动驾驶车辆的激增只会促进其用量需求。在破费领域,它们普遍用于白色家电的门职位检测。在工业市场领域,它们用于为控制系统和工业机械人供应推行器、杠杆和独霸杆职位反映。此外,在一切市场中,它们都年夜量用于赞助电机控制。

磁性职位传感器取得云云普遍的应用的主要启事是它们可以由低资源的 CMOS 半导体手艺完成,而且可以在最低劣的情形中供应准确、可重复、可靠的职位丈量。磁性职位传感器不受灰尘、土壤、污垢和液体的影响,而且可以在高温、高湿的情形下使命。一些供应商,例如艾迈斯半导体,以致供应免受杂散场影响的磁性职位传感器。

CMOS 磁性职位传感器曾经整合进种种有数的外面贴装和单列直插通孔式 IC 封装中,关于上述提到的年夜多数应用而言,此类封装曾经足够小了。异常,CMOS 磁性职位传感器的尺度功耗耗为几十毫安。这依然是传统汽车、工业和破费类市场可遭受的功耗水平。

可是,随着汽车的快速电气化,毗连到物联网的新型破费产物层见叠出,工业装备和工厂经由历程应用机械人和人工智能变得愈来愈高效和智能化,之前的磁性职位传感器不再合适。现在的设计职员普遍以为,它们的物理尺寸和功耗都过年夜,而且精度缺乏以知足系统的性能目的。

以后正起劲于为轻工业、医疗和太空探索等终端市场研制新型机械人的设计工程师,对传统的磁性职位传感器也持类似的看法。在这三个终端市场中,机械人设计师都须要超小型且超低功耗的磁性职位传感器,以临盆异常小巧的高精度机械人手臂。机械人手臂将用来完成严重年夜细腻的义务,例如组装电子元器件、推行种种腹腔镜手术和在悠远的行星上拾取小矿石和群集物样品等。

迅速生长的无人机市场也是云云,尺寸、重量和低功耗是完成更长时间飞翔义务的要害需求,在无人机的摄像头云台领域,超小型和超低功耗的磁性职位传感器特殊必弗成少。磁性职位传感器用于无人机的摄像头云台,为云台的无刷直流电机供应换向反映,并供应三维的齿轮角度职位反映。假定没有这些磁性职位传感器,摄像头的稳固性缺乏以供应令人赞美的摄影效果。

幸运的是,磁性职位传感器供应商正照主顾户和这些新型终端市场的需求,推出了新一代磁性职位传感器。新型磁性职位传感器接纳超小型封装,网罗晶圆级芯片封装 (WLCSP),该封装简直与传感器裸片自己的尺寸类似,这些职位传感器能够自动进入低功耗形式,以便降低所有功耗。

例如,艾迈斯半导体供应了两款能知足这些新需求的器件。AS5510 线性职位传感器接纳 WLCSP 封装,尺寸仅为 1.46mmx1.0mmx0.6mm,具有低功耗形式,在此形式下仅消耗 25μA 电流。异常,12 位精度的 AS5055A 接纳小型 QFN-16 封装 (4.9mmx6.0mmx1.75mm),具有低功耗形式,在此形式下仅消耗 3μA 电流。这些特点使 AS5055A 被普遍用于须要超小体积和超低功耗的电机控制系统。该产物现在普遍用于种种终端市场应用的电机控制领域,网罗工业和破费应用和星际空间探测机械人。艾迈斯半导体还供应多种磁性职位传感器的系统级封装 (SiP) 处置赏罚赏罚妄图,在这些妄图中,传感器和相关的去耦电容集成在统一封装中,完成“无 PCB”设计,以取得更低系统资源和更小形状尺寸的处置赏罚赏罚妄图。


艾迈斯半导体比来也泉源供应最新的磁性角度职位传感器 AS5600L样品。该产物供应 12 位输入分辨率,在 -40 至 125oC 的一切使命温度规模内的最年夜 INL(积分非线性)误差仅为±1o,接纳 WLCSP (2.07mm x 2.63mmx0.6mm) 封装,在自动低功耗形式下仅消耗 1.5mA 电流。以下是 AS5600L 的 INL 误差的两个示例仿真图,余暇 (Z) 为 1.5mm,目的磁铁和传感器自己之间的 X/Y 误差不逾越 ±1mm。在图中可以看到,X/Y 零误差时,两个目的磁铁都可完成 INL 误差 < ±0.5o。当余暇 < 1.5mm 时,INL 误差以致可以更小。

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图 1.0

这类低 INL 误差或高精度效果,和在宽温度规模和目的磁通量下的低噪声和超低功耗,使基于霍尔效应的超小型磁性职位传感器(如 AS5600L)能够知足当今机械人和无人机设计工程师对性能和空间的需求。此外,它们还比竞争性职位传感器手艺具有资源优势。

机械人设计师正在应用新一代磁性职位传感器,为种种终端市场(网罗医疗、轻工业和地质与太空探索)研发四肢加倍小巧无邪的机械人。肢体小巧的机械人可以在应用中更快、更精准地拾取和移植物体,例如:推行轻工业电子组装义务、完成机械人腹腔镜手术,以致在悠远的行星上拾取小份土壤样本。详细而言,他们正在应用磁性职位传感器来供应要害电机换向和齿轮职位反映。

为了完成这些小巧的机械人手臂,电机一体化设计工程师正在应用柔性印刷电路板将这些小型磁性传感器 IC 装配到机械人主体的主控制器上,以便向其供应电源和将数据旌旗暗记传送回机械人主体中的主控制器。参见下图 2.0。

2.jpg 图 2.0

与此类似,新一代磁性职位传感器也用于无人机领域。无人机设计职员正在开发新型三轴摄像头云台,其中接纳了许多与智能手机类似的手艺,以保持摄像头的稳固性,从而确保精彩的拍摄效果。可是,正是超小型和低功率磁性职位传感器的应用施展着要害作用,供应了摄像头云台的无刷直流电机和齿轮的三轴职位反映,以确保飞翔和拍摄时相机一直保持水平、无振动。参见图 3.0。

3.jpg
图 3.0

总而言之,新一代高精度、小尺寸和低功耗磁性职位传感器 IC使当今的电气和机械设计工程师能够研收回新型的、功效强年夜的机械人和无人机,从而为许多新市场和应用供应服务。在不久的未来,我们预期会看到小型医疗机械人手臂真正地穿入人体外部,闇练地操作,以切除肿瘤和推行其他手术。在工业机械人市场上,我们预期会看到轻型智能制造机械人用于推行更严重年夜细腻的义务,如电子装配。而在无人机领域,我们会一连看到摄像头和负载云台的生长和刷新,以支持更高分辨率的摄影,完成更高精度的 2D 和 3D 测绘。


作者简介
是艾迈斯半导体职位传感器营业线的高等产物营销司理。Donovan 师长教员在磁性传感、电信和雷达旌旗暗记处置赏罚赏罚方面具有 30 多年的行业履历,他在磁性职位传感、雷达旌旗暗记处置赏罚赏罚和电信通讯领域具有 8 项专利。Donovan 师长教员卒业于马萨诸塞年夜学洛厄尔分校,具有电气工程理学学士学位,同时他还具有南新罕布什尔年夜学的工商治理硕士学位。
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