1 引言

旋转磁场的正交检测通常使用偶极磁体并在磁体附近相隔 90° 放置两个霍尔效应磁传感器来实现。使用多极磁体时，这个间隔可以设置为磁极空间间隔的任意整数 + ½ 倍。通常，这些磁体的磁极会从环形中心向外径向分布，但也可以选择轴向两极分化放置的方式（在 z 轴垂直方向）。

旋转编码器的正交检测使用户能够监测旋转的速度和方向以及角度的增量变化。多极磁体提高了这些角度测量的分辨率。随着磁极数量增加，我们可以分辨更小的角度变化。

若要开发稳健的正交解决方案，必须克服一些挑战。这里的设计要求合理地放置每个传感器，使每个传感器都能在磁体旋转时刚好检测到磁场的相同部分。位置和对齐误差、磁体倾斜以及磁体偏轴旋转都可能造成测量误差。利用霍尔效应位置传感器实现旋转编码应用中详细介绍了这些因素。

另外，器件灵敏度差异也会影响整体正交精度。例如，假设器件的典型 B_OP 点为 4mT，容差为 ±3mT。我们必须考虑到最差的情况，即一个传感器可能在 1mT 处触发，而另一个传感器则在 7mT 处触发。当每个传感器均与 20 极 Neobond12M 磁体位于同一平面上，并且彼此正好相距 3.25mm 时，我们监测到的磁通密度图如图 1-2 所示。磁体的外径为 25.5mm，内径为 21.5mm。除非另有说明，我们将在本次讨论中通篇使用该磁体。

每个传感器观察到的磁通密度完全相同，但传感器放置的位置导致电场上存在 90° 异相。对于 20 极磁体，每个极对占 36° 并将在输入端定义一个完整的周期。因此，90° 电场相位差相当于 9° 的机械旋转。从磁体边缘朝外径向发射的磁场分量会达到略高于 8mT 的峰值幅度，这足以一直触发两个器件。如果我们考虑最差器件灵敏度这一不太可能的情况，灵敏度不匹配可能会导致高达 4.9° 的机械误差。该误差是预期相位偏移与观察到的相位不匹配造成的，这种不匹配问题发生于同一系统中出现极限 BOP 阈值之时。

在尝试分辨精确的旋转角度时，这些误差非常重要。在持续旋转期间，速度计算的较小正交误差可以对一段时间求取平均值，但检测绝对位置的独特磁极转换需要更高的精度。

使用 TMAG5110 或 TMAG5111 等 2D 传感器有助于简化设计并减少构建限制。通过将两个传感器都集成到单个封装内还可以直接帮助减少潜在的对齐偏移。另外，TMAG5110 传感器的精度也有所提高。TMAG5110 将两个传感器以彼此正交放置的方式集成到单个封装中，并且工作点对称为 1.5mT。

我们现在应该考虑 z 轴方向的磁场以及面向磁体的直接切向 (θ) 磁场。

在图 1-3 中，2D 传感器位于与之前相同的相对位置。我们可以看到，此处的 Z 轴分量为零，因此这要求器件对 XY 场分量（B_r 和 B_θ）敏感。在 TMAG5110 或 TMAG5111 中，无需采用穿孔式封装，即可实现这种对齐，因为表面贴装封都提供 XY、ZY 和 ZX 选项。

在这里，切向分量 (B_θ) 与径向分量 (B_r) 具有大致相同的幅度。幅度上存在细微偏差，而这会导致器件灵敏度偏差造成的误差进一步增加。该磁体的两个磁场之间存在 9° 的相位差。加上两个传感器之间的最大 B_OP 误差，因此产生的误差约为 1.35°。这相对之前的情况有了很大的改进。

尽管这种改进是正面的，但通过仔细考虑磁体磁场的特性以及磁体与传感器位置的相对关系，还可以实现进一步的改进。