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ZHCUC00 May 2024

2.2 设计注意事项

线性电机传输系统使多个磁动子进行一维甚至二维运动，速度高达 10m/s，线性位置精度和可重复性低至 0.01mm。磁传感器上的磁场范围取决于动子的感应磁体以及动子磁体与静态多位置传感器印刷电路板 (PCB) 之间的距离。通常，磁场范围为 50mT 到 300mT。根据空间要求，具有高度集成的 3D 霍尔效应传感器片上系统 (SoC) 的小封装是一个优势。传感器的环境工作温度超过 85°C 时（例如 125°C），可实现更高的功率密度，同时在这些极端条件下仍能准确捕获传感器数据。由于需要同时检测某段内多个动子的位置，同时采样和低延迟位置测量至关重要。与模拟输出 SoC 相比，具有低延迟数字接口的 3D 霍尔效应传感器能够更好地抵抗噪声。具有数字接口的 SoC 还具有其他优势，即可以诊断和监测 SoC，例如内核温度、霍尔效应元件或电源电压诊断，从而提高系统可靠性。

由于 Z 轴和 X 轴的最大场强可能不相同，因此允许对每个磁场轴进行单独范围编程和优化的 3D 霍尔效应传感器将有助于支持更高的位置分辨率和精度。表 2-1 显示了线性电机传输系统的示例系统要求以及对 3D 霍尔效应传感器规格的影响。

表 2-1 线性电机传输系统的磁传感器的示例要求

参数	示例值	对位置传感器 SoC 的影响
动子速度	高达 10m/s	会影响传感器采样率，闭环位置控制频率可以是 4kHz 或更高。
动子位置准确度/可重复性	低至 0.01mm	会影响传感器分辨率、精度和相邻传感器之间的最小位移。
传感器技术	3D/2D 霍尔效应传感器	3D 霍尔效应传感器可实现二维位置感应。
传感器磁场范围	50mT … 300mT	满量程磁场强度线性输入范围
传感器分辨率	典型 12 位分辨率	具有可编程磁场范围调整的 SoC 允许调整每个轴的输入范围，并有助于提高分辨率和准确度。
传感器接口	模拟或串行数字	用于连接 MCU 的接口
传感器延迟	低至 100μs	高速 SPI，例如...10MHz SPI 有助于减少系统延迟。
多个动子位置的同步采样	具有低抖动转换启动能力的传感器。	传感器具有硬件引脚或基于 SPI 命令的转换启动信号输入。
传感器解决方案 PCB 面积	尽可能小。	具有数字接口的集成式 3D 霍尔效应 SoC 可实现更小的系统占用空间。
工作温度范围	小尺寸和高功率密度会导致段内的温度提高。	3D 霍尔效应 SoC 具有大于 85°C 的环境温度工作范围。
EMC 抗扰度	具有 CRC 的 SPI 接口	带有 CRC 的数字接口可提高针对脉冲噪声的稳健性。
系统可靠性、预测性维护和故障检测	3D 霍尔效应传感器、电源电压、芯片温度监测	例如，通过具有 SPI 接口和集成式诊断功能的传感器实现。