磁性编码器旋钮方案. MagnTek 麦歌恩

1.

MagnTek 麦歌恩
磁技术带来美妙变革
轮毂电机、中置电机
之磁编IC应用
MKT Dept, MagnTek
magntek.com.cn

2.

常见的角度转动检测方案
优点 便宜、使用简单
缺点 寿命短、噪声大
优点 绝对精度高、响应快
缺点 可靠性差、价格贵
优点 高可靠性、高性价比
缺点 绝对精度不如光编
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3.

磁性角度传感器芯片
1
4
非接触式 高可靠性 抗震、抗污染等
2
角度分辨率可以达到17bit, 0.0027°
3
单芯片方案 有丰富的输出形式
需要注意磁铁和芯片的摆放和安装
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4.

旋钮类应用方案
传统电位器的旋钮方案 包括按压 已经非常成熟和普及 但是电位器存在不耐磨损使
用寿命短以及无法做到防水两大痛点。而使用磁性编码器芯片方案可以很好的客服这两
个痛点。一方面 磁编码器芯片是非接触式的工作 没有任何机械磨损 持续10~20年
的使用完全没有问题 其次 也是因为非接触式的原理 旋转部分 包含磁铁 和芯片
需要防水 可以完全隔绝而不影响使用 实现真正的防水设计。MagnTek为此推出了
2套磁编码器芯片的旋钮或者旋钮+按钮的方案。
• MT6813 一颗芯片实现旋钮功能 提供SOP-8
和QFN3x3两种封装规格
• 适配4~10mm毫米磁铁 推荐芯片离磁铁的距
离不超过5mm
• 高可靠性 可实现防水设计
• MT6701单芯片实现旋钮+按钮功能。提供SOP8和QFN3x3两种封装规格
• 内置4个霍尔阵列 即可感应角度变化 又可以
感应Z轴方向磁场强度变化
• 高可靠性 可实现防水设计
4

5.

磁编码器芯片旋钮方案—MT6813
MT6813是基于AMR各向异性磁阻原理的0~360°绝对角度
编码器芯片。相比于霍尔式感应既有下限磁场要求 >300
高斯 又有上限磁场要求 一般<1000高斯 AMR芯片
的饱和工作原理使得MT6813只有下限工作磁场的要求
>300高斯 在方案实现上可以做到芯片和磁铁无限贴
近而工作不受任何影响。
MT6813提供I2C SPI PWM等数字角度绝对量输出 可
便捷的和MCU通信 角度分辨率达到了12bit (0.02° 绝
对精度<±1° 同时MT6813也可提供一路模拟输出 可直
接替换电位器。
MT6813提供标准SOP-8封装和较小的3mmx3mm QFN封
装
5

6.

MT6813旋钮应用参考设计
INL vs. Φ10磁铁的安装偏心和间隙
0,8
0,7
INL(deg)
0,6
0,5
0,4
间隙=1mm
0,3
间隙=3mm
0,2
间隙=5mm
0,1
0
0
相对理想条件下的典型INL值
0,2
DISP (mm)
0,4
0,6
实际不同安装间隙和有偏心的INL情况
6

7.

磁编码器芯片旋钮+按压方案—MT6701
MT6701是基于差分霍尔原理的 芯片内有4个成
90°放置的霍尔阵列。相比于AMR的饱和磁场工
作 霍尔器件对于磁场强度是呈线性感应的 因
此过强和过弱的磁场都会影响芯片的性能。
BEZ
BEX
BEY
除了XY平面内的角度转动检测 MT6701还集成
了垂直方向 Z方向 的按压检测功能。这一功
能利用两对成90°的电桥产生的Cosθ和Sinθ的电
压信号 他们的平方和A代表了霍尔盘感应到的
磁场的绝对强度
M ag n etic Field
P u sh
P ressed
P u sh
Th resh o ld
P U SH _TH R D
P u sh
R eleased
A=ASin2θ+ ACos2θ
P U SH _D IFF_D LY
0°
MT6813提供标准SOP-8封装和较小的
3mmx3mm QFN封装
P U SH _TIM E_O U T
P U SH _D IFF_D LY
T im e
P u sh
7

8.

MT6701硬件和软件两种按压实现方式
利用芯片的硬件按压感应输出“PUSH”检测按压
利用I2C接口读取芯片内部磁场强度寄存器值 用软件实现按压功能
M ag n etic Field
P u sh
P ressed
P u sh
Th resh o ld
P U SH _TH R D
P u sh
R eleased
P U SH _D IFF_D LY
0°
I2C
P U SH _TIM E_O U T
P U SH _D IFF_D LY
T im e
P u sh
操作简单 芯片直接输出按压信号。但是芯片
要同时兼顾按压和旋转两种检测 因此对按压
设置了一些固定参数 这使得针对不同的旋钮
和按钮结构来说 有限的参数档位显得不够灵
活。
可根据实际结构 芯片和磁铁的距离以及按压
行程 在软件里设置合理的磁场变化阈值。这
一方式不受硬件按压有限档位、有限时间的限
制 但需要上位机和芯片实时通信 并对数据
进行一定的处理。
8

9.

MT6701旋钮+按钮参考设计
不同直径D和厚度H的磁铁 在不同的间隙Air Gap 磁铁和芯片表面的距离 下产生的磁场大小
9

10.

MT6701旋钮+按钮参考磁路设计
INL°
角度精度°
INL°
角度精度°
9,0
35,0
8,0
30,0
7,6
29,5
7,0
25,0
6,2
6,0
22,9
5,0
20,0
4,9
16,4
4,0
3,9
3,0
15,0
3,0
11,5
10,0
2,2
2,0
7,8
1,5
1,1
1,0
0,7
0,5
0,4
3,2
0,6
0,3
1,4
0,0
0,5
5,1
5,0
1,0
1
1,5
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
间隙mm
0,5
1
1,5
1,2
0,8
0,7
0,7
0,0
2
1,9
3
4
5
6
7
8
9
10
11
间隙mm
10mm直径磁铁 角度精度 INL 随间隙距离的变化趋势
6mm直径磁铁 角度精度 INL 随间隙距离的变化趋势
用大磁铁 可实现超远距离旋钮+按压
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配套磁铁的选择
烧结钕铁硼磁铁
牌号 N35
表面镀层 NICUNI
形状 圆柱形
尺寸 D=6~10mm, H=2.5mm
尺寸公差 0.05mm
充磁方式 径向两级充磁
充磁磁偏角<2°
p.s.常见的有径向充磁和面充两级两种充磁方式 请客户使用径向充磁的磁铁
麦歌恩 MagnTek 的系列磁性角度编码器芯片 采用了各向异性磁阻技术 AMR 。芯片感应平行于芯片表面的磁
力线方向变化 并计算出绝对角度位置。
在在轴安装的情况下 我们推荐使用径向充磁的圆柱形磁铁 这种充磁方式的磁铁经过芯片面能的水平方向磁通量更
均匀 对磁铁安装的偏心更不敏感。
*请用户浏览www.magntek.com.cn上获取《磁编码器芯片磁铁选型和安装指南》
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磁铁和芯片的安装要求
麦歌恩 MagnTek 的系列磁性角度编码器芯片 目前
主要支持在轴安装使用 磁铁安装在电机转动轴端部
。由于磁通量的分布受空间磁导率的影响巨大 而大部
分电机转轴都含有铁、镍等导磁材料 因此需要用非导
磁材料 纯铜、铝、塑料等 来安装固定磁铁。
含导磁材料
的电机轴
非导磁材料
(铜、铝)转接
我们推荐使用标号为N35的钕铁硼烧结磁铁 磁铁直径
10mm 厚度2.5mm 充磁方式为径向二级充磁
导磁材料离磁体
推荐> 2.0m m
磁铁请安装在离含导磁的电机轴等至少2.0mm以上的位置
磁铁和芯片之间的间隙请控制在0.5mm~3mm 越近越
好 以期达到最好的效果
推荐磁铁D = 10m m , H = 2.5m m
磁铁离芯片推荐
0.5m m ~ 3m m
在系统装配的时候 磁铁和芯片的感应中心对准上会有偏
差 请将这一偏差控制在±0.3mm以内越小越好。安装的
偏心将严重影响芯片的绝对角度精度 INL
磁铁中心和芯片感应中心
对准偏差-0.3mm ~ 0.3mm
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Shanghai MagnTek Microelectronics Inc.
Tel. 021-20965129
E-mail. info@magntek.com.cn
Web. www.magntek.com.cn