1 引言

旋轉磁場的正交檢測通常使用偶極磁體并在磁體附近相隔 90° 放置兩個霍爾效應磁傳感器來實現。使用多極磁體時，這個間隔可以設置為磁極空間間隔的任意整數 + ? 倍。通常，這些磁體的磁極會從環形中心向外徑向分布，但也可以選擇軸向兩極分化放置的方式（在 z 軸垂直方向）。

旋轉編碼器的正交檢測使用戶能夠監測旋轉的速度和方向以及角度的增量變化。多極磁體提高了這些角度測量的分辨率。隨著磁極數量增加，我們可以分辨更小的角度變化。

若要開發穩健的正交解決方案，必須克服一些挑戰。這里的設計要求合理地放置每個傳感器，使每個傳感器都能在磁體旋轉時剛好檢測到磁場的相同部分。位置和對齊誤差、磁體傾斜以及磁體偏軸旋轉都可能造成測量誤差。利用霍爾效應位置傳感器實現旋轉編碼應用中詳細介紹了這些因素。

另外，器件靈敏度差異也會影響整體正交精度。例如，假設器件的典型 B_OP 點為 4mT，容差為 ±3mT。我們必須考慮到最差的情況，即一個傳感器可能在 1mT 處觸發，而另一個傳感器則在 7mT 處觸發。當每個傳感器均與 20 極 Neobond12M 磁體位于同一平面上，并且彼此正好相距 3.25mm 時，我們監測到的磁通密度圖如圖 1-2 所示。磁體的外徑為 25.5mm，內徑為 21.5mm。除非另有說明，我們將在本次討論中通篇使用該磁體。

每個傳感器觀察到的磁通密度完全相同，但傳感器放置的位置導致電場上存在 90° 異相。對于 20 極磁體，每個極對占 36° 并將在輸入端定義一個完整的周期。因此，90° 電場相位差相當于 9° 的機械旋轉。從磁體邊緣朝外徑向發射的磁場分量會達到略高于 8mT 的峰值幅度，這足以一直觸發兩個器件。如果我們考慮最差器件靈敏度這一不太可能的情況，靈敏度不匹配可能會導致高達 4.9° 的機械誤差。該誤差是預期相位偏移與觀察到的相位不匹配造成的，這種不匹配問題發生于同一系統中出現極限 BOP 閾值之時。

在嘗試分辨精確的旋轉角度時，這些誤差非常重要。在持續旋轉期間，速度計算的較小正交誤差可以對一段時間求取平均值，但檢測絕對位置的獨特磁極轉換需要更高的精度。

使用 TMAG5110 或 TMAG5111 等 2D 傳感器有助于簡化設計并減少構建限制。通過將兩個傳感器都集成到單個封裝內還可以直接幫助減少潛在的對齊偏移。另外，TMAG5110 傳感器的精度也有所提高。TMAG5110 將兩個傳感器以彼此正交放置的方式集成到單個封裝中，并且工作點對稱為 1.5mT。

我們現在應該考慮 z 軸方向的磁場以及面向磁體的直接切向 (θ) 磁場。

在圖 1-3 中，2D 傳感器位于與之前相同的相對位置。我們可以看到，此處的 Z 軸分量為零，因此這要求器件對 XY 場分量（B_r 和 B_θ）敏感。在 TMAG5110 或 TMAG5111 中，無需采用穿孔式封裝，即可實現這種對齊，因為表面貼裝封都提供 XY、ZY 和 ZX 選項。

在這里，切向分量 (B_θ) 與徑向分量 (B_r) 具有大致相同的幅度。幅度上存在細微偏差，而這會導致器件靈敏度偏差造成的誤差進一步增加。該磁體的兩個磁場之間存在 9° 的相位差。加上兩個傳感器之間的最大 B_OP 誤差，因此產生的誤差約為 1.35°。這相對之前的情況有了很大的改進。

盡管這種改進是正面的，但通過仔細考慮磁體磁場的特性以及磁體與傳感器位置的相對關系，還可以實現進一步的改進。