第三趨勢：終端產品整體外型尺寸小型化

第三個趨勢與磁性系統設計小型化有關。縮減產品尺寸的原因有很多：成本、更好的使用者體驗、更精緻的外觀與使用感受等等，這麼做通常牽涉到縮減磁鐵大小或使用多軸感測器。另一種風險較低的方法是改為使用製程允許的最小且最整合的元件，以縮減電路板尺寸。為解決這些問題，德州儀器提供超小型無引線 (X2SON) (1.1mm² x 1.4mm²) 和晶圓晶片級封裝 (WCSP) (0.8mm² x 0.8mm²) 的小型解決方案。TMAG3001 是採用小型封裝的高度整合的一個例子，它是一種 WCSP 形式的 3D 線性解決方案。

縮減磁鐵大小會造成問題，因為磁場會變弱，因此需要具有高靈敏度的磁性感測器。有了 TMAG5231 等高靈敏度解決方案，就可以使用較小的磁鐵。或者，您也可將磁鐵靠近感測器，以在不使用高靈敏度解決方案的情況下取得精準的測量結果。對於弱磁場，具有高訊號雜訊比 (SNR) 的裝置有利於確保測量結果儘可能準確。DRV5055 和 TMAG5253 提供最高 70dB 的 SNR。

不論採用哪種技術，終端設備尺寸縮減的整體趨勢都充滿挑戰。電感感測器使用金屬目標來偵測物體的位置或存在，透過符合產品規格表中指定的規範，便能達到與健身手環側邊按鈕一樣小的體積。電感感測器的主要系統級需求為讓感測線圈與目標尺寸相同，並介於線圈直徑的 10% 至 20% 之間。縮小尺寸趨勢的應用範例包括醫療胰島素幫浦、手術內鏡工具及工廠自動化的氣動汽缸。

透過減少元件數量，同樣也能實現小型化。例如在電錶 (或智慧電子鎖和門窗感測器) 中植入竄改偵測功能，涉及使用單一 3D 線性感測器，而非三個霍爾效應開關或線性裝置來偵測大型外部磁鐵造成的竄改，這樣會使電表無法準確測量電力使用情況。設計人員使用 3D 磁性傳感器，以更低的功耗操作和可調整的外部磁場偵測裝置設備 (如 TMAG5273) 來改善電錶設計。有了這種裝置，減少元件的小型化可帶來其他優勢，包括單一數位介面而非多重輸出、印刷電路板組裝成本較低，以及磁性靈敏度可設定性較高。

若以減少元件來進行系統小型化，增量式與絕對式編碼器設計人員面臨的一大挑戰是如何提升產品解析度，其中包括選擇數位或類比輸出解決方案。增量式編碼器會監控磁體移動的速度或速率及方向。絕對式編碼器可以做到這一點，並全程以高解析度知道其確切位置。

增量式編碼器設計人員使用數位輸出霍爾效應鎖存器時，解析度將嚴格視系統中的磁極數量而定。如想獲得較高解析度，就需要更高極數的環形磁鐵，而極尺寸變小，磁鐵產生的磁場自然就比較弱，迫使設計人員將感測器放置在更靠近磁鐵的地方，或使用靈敏度較高的感測器。這種情況下，大部分的設計人員會換成具有雙整合式鎖存器的單晶片解決方案，像是 TMAG5111。請務必確保雙鎖存器解決方案有內建 2D 鎖存器，以便在 3D 空間中儘可能靈活地監控任何兩個軸。高解析度設計需要具有線性感測器的絕對式編碼器。具有角度測量功能的單一 3D 線性感測器是改用高解析度絕對式編碼器的最後一步。請注意，這種實作只能測量兩個軸，但大多數 3D 線性感測器都可以靈活配置任意兩個軸。使用 3D 感測器的附加好處是可以偵測推進功能。圖 4 顯示編碼器設計的趨勢。

圖 4 高解析度編碼器趨勢。