Allegro 的新型角度传感器 SoC的旋转测量

基于霍尔效应的 IC（例如 A1337）可以帮助您的设备执行与角运动相关的各种传感器任务。

霍尔效应已被证明是一种相当有用的物理现象。它可用于涉及电流和磁场的各种测量应用。在近发表的一篇文章中，我讨论了基于霍尔效应的无刷直流电机驱动器。在本文中，我们将介绍一种利用霍尔效应来监测角度位置的 IC。

这里要理解的重要的一点是 IC 本身无法执行角度测量。如果我们考虑霍尔效应的本质，这一点就很清楚了，霍尔效应表达了电流、磁场强度和电压之间的基本物理关系。如果磁场恒定，则可以通过产生的霍尔电压来测量电流。如果电流恒定，则可以使用霍尔元件来测量外部施加的磁场的强度。

因此，在测量角度位置时，霍尔元件只是一个磁场传感器。磁场传感器本身无法告诉我们有关旋转运动的任何信息。相反，我们必须创建一种磁场强度取决于旋转的情况，然后我们可以将霍尔测量结果解释为旋转位置。　

磁铁+IC

Allegro MicroSystems 的A1337被描述为高度集成、基于霍尔效应的 0° 至 360° 角度传感器。它包括各种集成信号处理和便捷的数字通信。

图表取自A1337数据表。

我真正欣赏的一件事是有关磁铁物理配置的清晰信息。

如下图所示，A1337 有两个霍尔元件。据我所知，拥有两个元素的目的只是为了提供冗余。

图表取自A1337数据表。

每个基于霍尔元件的传感器都可以测量与平行于 IC 表面的磁体相关的磁场矢量方向。另一种说法是，IC 可以监控放置在芯片表面附近的磁铁的旋转。（我想可以旋转 IC 而不是磁铁，但这将是更尴尬的方法......）

图表取自A1337数据表。

因此，A1337 间接测量旋转：磁铁与您想要监控的任何物体耦合，A1337 测量磁铁的角度行为。

合适的磁铁

A1337 负责角度测量中涉及的各种细节，但它本身并不购买磁铁。它也不会安装磁铁并确保其正确对齐。我不得不承认这对我来说是一个主要障碍，因为我觉得自己没有资格处理磁铁问题。

不过，如果您比我大胆一点，那么如果您密切关注数据表，您应该能够想出一个可行的解决方案。下图显示了基于 A1337 默认配置的正确磁铁排列。　

图表取自A1337数据表。　

就磁铁本身而言，Allegro 建议您联系他们以获取有关磁铁选择的详细信息。这无疑是一个好主意，尽管数据表确实包含一些帮助您入门的信息：

角度与转速

A1337 是一款角度传感器。然而，如果你知道了角度，你也就知道了角速度；您所需要做的就是监控角度随时间的变化。因此，角度传感器是监测物体旋转速度的一种非常合理的方法。

事实证明，A1337 兼容相当高的角速度（高达 30,000 RPM，“精度较低”）。然而，重要的是要认识到角度精度和转速之间存在反比关系。这是一个延迟问题。

毫不奇怪，旋转磁体的状态不会立即反映在 A1337 的输出数据中。完成所有这些测量工作需要一些时间。如果磁体缓慢旋转，当前输出数据仍然是磁体当前位置的相当准确的表示。但随着角速度的增加，延迟会导致数据与实际位置之间的差异越来越大。

A1337 数据表表明它可以提供高达约 500 RPM 的完整（即 12 位）分辨率。对于高于 500 RPM 的角速度，您需要切换到“高 RPM”模式，该模式以分辨率换取速度：刷新率显着提高，但分辨率降低至 10 位。
看来 Allegro 选择了 7600 RPM 作为阈值，在此阈值下 A1337 的性能不再令人印象深刻。您仍然可以获得角度数据，但在此 RPM 范围内，您可能使用该设备来测量角速度。