Melexis第三代Triaxis磁傳感器助推應(yīng)用創(chuàng)新,車載爆款一觸即發(fā)
發(fā)布時間:2021-08-05 來源:MEMS 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】人類是地球物質(zhì)文明和精神文明的創(chuàng)造者,我們經(jīng)常認(rèn)為自己的智力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他生物,但其實不然,事實證明有些動物的某些方面甚至比人類要強。例如:傳書的信鴿并不是靠眼睛辨別方向,而是憑借地球磁場來確定方位。所以,自古以來信鴿就被廣泛用于航海、捕撈及軍事信息傳遞。
今天,科技進(jìn)步讓人具備了趕上甚至超過某些動物的能力,磁性位置感知就是這樣一種技術(shù)。那么,在汽車和工業(yè)領(lǐng)域,這一技術(shù)又是怎樣實現(xiàn)各種非接觸式位置傳感的呢?
什么是磁位置傳感技術(shù)?
磁傳感是利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)來檢測磁場的技術(shù)。其原理是,當(dāng)將垂直于電流的磁場施加于流過電流的物體時,就會在與電流和磁場正交的方向上出現(xiàn)電動勢。當(dāng)將電流施加到薄膜半導(dǎo)體時,通過霍爾效應(yīng)輸出與磁通密度及其方向相對應(yīng)的電壓即可檢測磁場。
磁場及其變化可采用霍爾傳感器檢測,然而傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)傳感器只能感測垂直于元件表面的磁通量密度,并且通常需要采用復(fù)雜的磁場結(jié)構(gòu),且在較寬溫度范圍(被測磁鐵熱漂移)面臨精度方面的挑戰(zhàn)。
Triaxis®革新磁位置傳感技術(shù)
如何解決上述磁傳感技術(shù)弊端呢?致力于微電子工程研究的Melexis(邁來芯)利用其獲得專利的Triaxis®磁性傳感器技術(shù),用單個傳感器進(jìn)行精密度極高的三軸磁場測量,適用于種類繁多的線性、角度和三維應(yīng)用。目前,Triaxis®傳感器芯片已發(fā)展到第三代,基于前兩代進(jìn)行了改進(jìn),獲得了客戶廣泛贊譽。
三軸磁場測量
三軸磁場測量通過集磁點(IMC)技術(shù)實現(xiàn),使用上述三個磁分量可以創(chuàng)建二維或三維傳感器以確定旋轉(zhuǎn)(角度)、線性(行程),甚至是操縱桿型的運動及三維磁力計,實現(xiàn)輸出獨立的磁性組件。
線性、旋轉(zhuǎn)和操縱桿運動
Triaxis®的磁性位置傳感技術(shù)革新體現(xiàn)在哪些方面呢?
雜散場抗擾能力:通過雜散場免疫模式,Triaxis®傳感器可顯著降低或消除電動汽車中其他磁體或載流導(dǎo)體產(chǎn)生的雜散場影響,分別使用四極或兩極磁體支持軸上旋轉(zhuǎn)或線性運動。這種免疫模式減少了設(shè)計限制,可滿足電動汽車對雜散場高達(dá)4kA/m的要求。
適用苛刻環(huán)境:芯片工作溫度高達(dá)160℃,可用于暴露于高溫環(huán)境的執(zhí)行器(如渦輪增壓器、廢氣閥門),其強化線性化能力可最大限度減少機(jī)械裝配公差造成的精度誤差。
功能安全不可或缺:Melexis的Triaxis®系列提供適合于所有安全應(yīng)用的傳感器芯片。根據(jù)ISO 26262標(biāo)準(zhǔn),可提供高達(dá)ASIL-C安全等級的傳感器芯片解決方案。
Triaxis®傳感器芯片的優(yōu)勢包括:
體積?。耗軌蛟诟邷丨h(huán)境運行,通過調(diào)整片上磁角計算支持多種感測應(yīng)用,角計算測量對溫度變化及磁和機(jī)械(如氣隙、偏心)公差都很穩(wěn)健。
額外校準(zhǔn)保證高精度:由于片上參數(shù)可在模塊組裝后校準(zhǔn),能獲得優(yōu)異的線性和精度??墒褂酶鞣N磁鐵形狀和化學(xué)物質(zhì)實現(xiàn)高靈敏度、靈活性和高精度。
裝配靈活:支持幾乎任何朝向安裝,實現(xiàn)平面集成電路三維磁場測量,可使用更小的磁鐵。
非接觸式感測:對污垢、灰塵、油類、氣體等不敏感,可使用塑料包覆成型或灌封防止污染,保證很長的使用壽命。
Triaxis®集成了磁集中器霍爾器件
軸上、離軸、操縱桿和線性
助推各種應(yīng)用創(chuàng)新
特性也好,功能也罷,最后都要落地于應(yīng)用。Triaxis®位置傳感器可實現(xiàn)各種獨特感測解決方案,涵蓋汽車、醫(yī)療、工業(yè)、家庭和建筑自動化。
以汽車應(yīng)用為例,Triaxis®傳感器芯片適用于轉(zhuǎn)向角、踏板位置、電子節(jié)氣門體、EGR閥、變檔桿、渦輪增壓執(zhí)行器、電機(jī)位置、底盤高度等。
汽車位置感測應(yīng)用
除乘用車外,Triaxis®還支持農(nóng)業(yè)車輛和設(shè)備、操縱桿、人機(jī)界面、重型車輛、叉車、機(jī)器人、輪椅、工業(yè)起重機(jī)等應(yīng)用創(chuàng)新。
Triaxis®傳感器適用范圍
功能獨到自然備受應(yīng)用工程師青睞。2019年5月,Melexis的Triaxis®位置傳感器芯片累計出貨超過10億顆。這當(dāng)中其SMD封裝、無PCB封裝,以及從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)到先進(jìn)封裝的多種選擇功不可沒。
多種封裝形式
DMP、SMP和無PCB解決方案通過焊接直接連接引線框集成,不使用PCB,從而優(yōu)化封裝,降低系統(tǒng)成本,提高可靠性。
車載爆款一觸即發(fā)
對技術(shù)的無限熱忱和靈感迸發(fā)的工程設(shè)計是技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。Melexis正在將先進(jìn)混合信號半導(dǎo)體傳感器和執(zhí)行器元件融為一體,應(yīng)對新一代產(chǎn)品及系統(tǒng)在集成感測、驅(qū)動和通信元件時遇到的種種挑戰(zhàn),以增強安全性,提高效率和應(yīng)用便捷性。
2021年6月,Melexis非接觸式位置傳感器Triaxis®系列再添兩款新品——MLX90421和MLX90422,通過了AEC-Q100認(rèn)證并滿足ASIL-B要求。兩款芯片專為動力總成執(zhí)行器、踏板定位、燃油油位計和變速箱等成本敏感型汽車應(yīng)用打造,在功能安全和EMC特性方面能力出眾,特別是支持高溫運行。
新款磁位置傳感器芯片
兩款單片磁性位置處理器芯片由Triaxis®霍爾磁性前端、模數(shù)信號調(diào)理器、用于高級信號處理的DSP和輸出級驅(qū)動器(SENT)組成。它可準(zhǔn)確感測施加到芯片上的磁通量密度的三個分量,并通過正確的磁路解碼任意移動磁體的絕對位置(如0到360度旋轉(zhuǎn)位置),用來設(shè)計面向汽車和工業(yè)應(yīng)用的非接觸式位置傳感器。
應(yīng)用模式
除磁感測元件外,新款位置傳感芯片還內(nèi)置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理模塊,并配備可編程輸出級驅(qū)動器。經(jīng)過適當(dāng)配置,芯片可以精確測定旋轉(zhuǎn)或線性位置。MLX90421提供比率式模擬輸出或脈寬調(diào)制(PWM)輸出,將傳感器組裝到應(yīng)用中,通過多點可編程線性化功能對其進(jìn)行編程,可提高系統(tǒng)精度。
MLX90421框圖
MLX90422支持符合SAE J2716單邊半字節(jié)傳輸(SENT)協(xié)議輸出。按照安全傳感器(Secure Sensor)格式編碼的SENT幀,其電路可傳達(dá)提供錯誤代碼和用戶定義值的增強型串行消息。
兩款芯片的運行環(huán)境溫度范圍擴(kuò)展至-40℃至160℃,這意味著可以部署在熱量更高的動力艙內(nèi),符合汽車行業(yè)發(fā)動機(jī)小型化的趨勢。傳感器芯片完全符合ISO26262功能安全指南,通過SEooC支持ASIL-B安全級別。
為確保EMC測試一次成功,新款芯片沿用了Melexis MLX9037x產(chǎn)品的成熟設(shè)計,只需要一個測試周期,設(shè)計過程耗時更短,且可以最大限度節(jié)約工程成本。絕對最大額定值(AMR)方面的改進(jìn),如-18V/-34V輸出保護(hù)和-18/-37V電源保護(hù),有助于降低電氣過載風(fēng)險。
MLX90421和MLX90422提供SOIC-8和無PCBDMP-4形式單芯片封裝。這些封裝選項向后兼容公司之前的器件,可實現(xiàn)直接替代。對于需要系統(tǒng)冗余的安全關(guān)鍵型應(yīng)用,芯片還支持全冗余雙芯片TSSOP-16封裝。
MLX90421和MLX90422的封裝
MLX90422可作為絕對旋轉(zhuǎn)位置傳感器、絕對線性位置傳感器、液位傳感器和非接觸式電位計,用于成本敏感的汽車應(yīng)用,包括動力傳動系統(tǒng)執(zhí)行器、踏板定位、油門位置、車身高度位置、變速器位置和方向盤位置,也適用于工業(yè)應(yīng)用。汽車認(rèn)證包括AEC-Q100 0級和ISO26262 ASIL-B SeooC。
磁位置傳感器芯片應(yīng)用場景
產(chǎn)品易于迭代是創(chuàng)新的另一個重要方面,兩款芯片與前幾代Triaxis®位置傳感器芯片引腳兼容,可進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)編程。
Melexis inside
Melexis的重點關(guān)注是汽車半導(dǎo)體傳感器,目前全球生產(chǎn)的每輛新車平均搭載13顆Melexis芯片。如今,第三代Triaxis®系列已發(fā)展到4種不同封裝和7種輸出協(xié)議的15款產(chǎn)品,支持汽車和工業(yè)產(chǎn)品中的各種位置感測應(yīng)用。客戶有了更多的選擇,Melexis inside也將更多地走進(jìn)未來的智能聯(lián)網(wǎng)車輛。
文章來源:MEMS
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