【導讀】感測汽車控制功能（例如檔位選擇器和轉向信號指示器）的位置和移動是現(xiàn)代汽車設計中的一項重要要求。然而，感測 3 軸運動并不簡單，傳統(tǒng)的傳感器技術給工程師帶來了挑戰(zhàn)。這些范圍從物理設備尺寸和可靠性到功耗和成本。近推出的 3D 磁感應技術正在幫助工程師應對這些挑戰(zhàn)。
感測汽車控制功能（例如檔位選擇器和轉向信號指示器）的位置和移動是現(xiàn)代汽車設計中的一項重要要求。然而，感測 3 軸運動并不簡單，傳統(tǒng)的傳感器技術給工程師帶來了挑戰(zhàn)。這些范圍從物理設備尺寸和可靠性到功耗和成本。近推出的 3D 磁感應技術正在幫助工程師應對這些挑戰(zhàn)。
機電開關是許多應用（包括車輛）中常見的故障源。隨著時間的推移，觸點可能會腐蝕或燒壞，從而導致故障和給車主帶來不便，并可能損害汽車制造商的聲譽。因此，制造商更喜歡固態(tài)技術，例如基于磁信號霍爾效應檢測的開關，以盡可能提高可靠性并節(jié)省空間和成本。
我們在開車時常做的兩件事是發(fā)出轉彎信號和換檔。過去，汽車依靠大電流線束在車輛周圍傳輸信號和電力。如今，使用轉向指示燈或移動變速桿向中央處理器發(fā)送高阻抗信號的可能性與物理切換某物的可能性一樣大。
隨著車輛控制變得更加復雜和多功能，趨勢是它們在多個平面上移動。許多配備自動變速箱的現(xiàn)代汽車現(xiàn)在通過將變速桿移至不同的平面來提供順序控制，從而使感測位置的任務更加復雜。
3D磁感應方法
有多種方法可以根據(jù)霍爾效應實現(xiàn) 3D 位置感測。如果要感測的運動有多個固定位置（在變速桿或轉向信號燈的情況下），一種方法是為每個可能的位置添加單獨的霍爾傳感器，從而產生多達七個傳感器元件，讓控制器知道通過知道哪個傳感器是“現(xiàn)場”的位置。
另一種方法也是基于霍爾但使用通量集中器，通過將兩對正交傳感元件集成到 CMOS IC 上來減少所需的傳感器元件數(shù)量。增強磁場并提高靈敏度和信噪比的鐵磁薄膜也沉積在 IC 表面上。
通過使用多種減法和加法算法，可以準確感測與 IC 水平運行的磁場分量（BX 和 BY 分量）以及垂直磁場分量 (BZ)。這些模擬電壓然后通過模數(shù)轉換器 (ADC) 轉換為數(shù)字值。然后通過數(shù)字信號處理確定終的位置。
雖然從技術角度來看，這些解決方案中的每一個都是可行的，但它們在大規(guī)模生產中并不理想——尤其是在汽車應用中。使用多個傳感器需要大量空間，并且隨著更多組件的添加，可靠性將不可避免地受到影響。第二種方法有一些優(yōu)點，但算法和后處理所涉及的復雜性——更不用說需要校準單個傳感器——意味著它不是一個理想的解決方案。
第三種替代方案利用基于霍爾的傳感器，該傳感器能夠同時確定磁源的 x、y 和 z 坐標，以構建傳感器周圍磁場的 3D 圖像（圖 1 ）。
圖 1 與多傳感器解決方案相比，3D 解決方案可節(jié)省空間、成本和時間。
TLE493D -A1B6 3D 傳感器將垂直和水平霍爾板集成到單個 IC 中，從而在操作中檢測平面和垂直面。當磁鐵移動時，傳感器會立即識別出至少一個磁場分量的變化。
傳感器架構由圖 2所示的三個主要構建塊組成。
圖 2 TLE493D-A1B6 3D 磁傳感器框圖
傳感器單元包含霍爾板并測量所有三個方向的磁場。將垂直霍爾板用于平面組件可使傳感器實現(xiàn)高磁調和精度 (±1%)，從而實現(xiàn)的角度測量。
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