磁传感器方案介绍

• 磁传感器类型（离轴式磁传感器）

  下方配有图片

• 离轴式磁编码器原理

  介绍两个公式

• 方案介绍

  采用iC-MU作为磁传感器芯片，STM32F405VG作为主控MCU，对数据进行加工处理，对外提供BISS接口用iC-MB4实现。结构图如下图

  iC-MU

  这款由iC-Haus生产的芯片支持离轴式检测，高度集成的霍尔信号处理芯片，其内部集成有双线性霍尔阵列，该芯片采用循环游标算法对双通道数据进行计算，所以可以直接输出绝对位置数字量。支持SPI/BISS/SSI输出。
  封装图
  内部原理图

  磁码盘

  • 配合iC-MU的磁码盘参数有严格限制
  • 磁码盘分为主副码盘（主码盘磁极对数=副磁码盘磁极对 + 1）
  • 磁极宽度要求为1.28mm，则1磁极对为2.56mm;
  • 主码盘仅支持16/32/64磁极对，不支持其他；
    下面为16/32/64磁极对磁码盘的参数要求
    配图
    下面为iC-MU芯片与磁码盘的位置关系
    配图

  分辨率

  分辨率最高可到18位。

  转速

  64磁极对码盘：6000rpm
  32磁极对码盘：12000rpm
  16磁极对码盘：24000rpm

  精度

  考虑到磁体性能、充磁工艺、装配误差等因素，采用iC-MU作为磁感应芯片获取的精度最高可到11-12位，考虑后期采用算法加以误差补偿，从而提高精度。（插值法、线性回归法、遗传算法...）

  标定

  考虑采用光电准直仪测量的精确位置对设计的磁编码器进行测量标定

  其他

  磁感应芯片与磁栅之间的距离最佳为0.4mm
  径向充磁和轴向充磁的优缺点
  径向充磁：磁强效果较好，但由于磁栅外缘圆度难以保证、安装时存在对心误差等原因，容易导致磁极间磁场分布不均匀，影响原始信号的准确性。
  轴向充磁：制备方便，容易保证磁极的均匀度，但磁场强度相对较弱。（最好采用轴向充磁）
  EEPROM:24C01(24C02)

  供货时间：已走样片申请(2.21),大约需要5~6周
  先确定方案，制作PCB，同时可购买评估板进行快速验证开发，需要搭建完整的测试环境以及标定平台。

  STM32F405VG

  参数、封装

  • 主要用于对iC-MU进行配置
  • 获取iC-MU传来的角度信息，并通过算法实现误差补偿
  • 对外提供BISS接口

  iC-MB4

  BiSS是由 iC-Haus于2002年推出。目的是提供给传感器和执行器的双向快速通信标准，可用 iC-Haus推出的iC-MB4实现Biss接口。
  参数、封装

  BiSS 通信协议的实现方法
  1、 硬件解码
  对于采用硬件解码的用户，可以根据需要选择 IC-HAUS 提供的解码芯片，或者采
  用 IC-HAUS 提供的 IP 软核进行解码。 也可以选择带有 IP 硬核的 MCU。 如果想利用
  IC-HAUS 提供的 IP 软核实现数据通信和寄存器两种功能，需采用 FPGA 解码。 FPGA
  资源数需大于 1300 个 LE（将 BiSS 与 MCU 的接口设置为 SPI 时的编译的结果） 或等
  效资源数。如果仅想实现数据通信，可以采用 CPLD 解码。 CPLD 资源数需大于 96 个
  LE（增加时钟分频电路和 SPI 接口后需 150 个以上的 LE） 或等效资源数。 自行设计的
  难点是线延迟的处理，对于外引线很短或无外引线的应用，线延迟的变化很小，这时可
  以设计延迟固定的采样时钟，否则每个周期要进行一次线延迟补偿。直接购买解码芯片或使用验证过的 IP 核能够快速实现 BiSS 通信。
  2、 软件解码
  用户可以通过 IO 模拟的 BiSS 时序，但这种方法不推荐使用。 推荐使用 MCU 的硬件外设解码， 这样能够将 BiSS 通信速度设定很高。而且节约了外部逻辑电路的成本，对于很多应用， 节约的成本十分可观，同时对于产品的系列化有优势。一个功能强大的通用串行解码模块，采用不同的解码程序应该能够支持多种串行通信协议、全双工、半双工等等。 例如： 对于 BiSS 可以利用 SPI 的 SCK 可以用来模拟 MA， MISO 可以模拟SL。 这样用需考虑三个问题：
  - MCU 硬件模块的 FIFO 深度。 有些 MCU，外设的 SPI 寄存器长度是固定的，
  完成一帧 BiSS 通信需通信多次，中断多次。结果造成 MA 的波形不连续。 这可
  能带来问题，造成通信出错。
  - MCU 硬件模块是否具备线延迟补偿的能力。具有线延迟补偿能力的外设，可以
  应对实际应用环境的变化带来的影响，可以是需求的变化，环境的变化， 线路
  老化等等。 具有线延迟的系统，其可靠性和适应性比没有线延迟补偿的系统高
  得多。
  - CRC 解码能力， CRC 校验对 MCU 的处理能力提出了要求。
  使用 MCU 进行解码要充分考察不同 MCU 外设的特点和处理能力，以及芯片厂家技
  术支持的力度，是否有成熟的设计等等。
  3、 混合解码
  如果既想利用硬件解码，又想降低成本。可以使用混合解码的方法。例如用 FPGA
  或 CPLD 的部分资源完成数据通信，将 CDM 和 CDS 信号引出交给 MCU 处理。 这种方
  案是一种过渡性质的方案，同时也是很实用的做法。 需要注意的是,CDM 必须在通信发
  起前准备好。 随着 MCU 和 FPGA 的发展。这种方案会逐渐淘汰，以降低系统之间的耦
  合性。

扩展

AMS（奥地利微）

方案1. 2*AS5311(分辨率、转速)
**图片**
方案2. 2*AS5304(AS5306)
**图片**

国内磁传感器生产厂商

多维科技 无锡美新 不支持离轴式设计