TMAG5170

在该位置，我们在 X、Y 和 Z 轴上分别观察到一部分磁场。磁场矢量的 X 和 Z 分量与 Y 分量的相位差均为 90°。
Angle (q)
Magnetic Flux Density (mT)
0 45 90 135 180 225 270 315 360
-45
-30
-15
0
15
30
45
0 45 90 135 180 225 270 315 360
-45
-30
-15
0
15
30
45
D010
Bx
By
Bz
图 2-6. 离轴磁场分量
在此处，最好选择磁场矢量的 Y 和 Z 分量进行角度计算。这些输入将提供最大的信噪比，并且与 X 和 Y 更加匹
配2.2 灵敏度匹配
每当器件灵敏度匹配时，每个传感器都会产生相等的振幅输出，图 1-6 中所示的场景就会得到解决。为了获得最
大的设计灵活性，我们需要一种在使用平面内和离轴对齐时实现匹配的方法。在其中的每种配置中，观察到场分
量之间的峰值振幅不相等并不少见。鉴于此行为，将这些信号与 ATAN2 函数一起使用自然会出现类似于在灵敏度
不匹配时观察到的误差。随着振幅失配的增加，角度误差的严重程度也将同样增加。
单个封装中的霍尔元件采用相同的制造和工艺，因此有理由期望同一器件中任何两个传感器之间的性能更自然地
匹配。然而，即使传感器完全匹配，我们仍然可以预测由不相等的输入幅度导致的误差。
TMAG5170 允许用户通过衰减两个输入中的较大者来归一化计算，从而解决该问题。例如，我们可以调整平面内
示例中看到的峰值振幅，这样预期的角度精度将仅受以输入为基准的噪声和量化误差的限制。
Angle [q]
Calculated Angle Error (q)
0 45 90 135 180 225 270 315 360
-30
-20
-10
0
10
20
30
D004
Initial Error
Calibrated Error
图 2-7. 平面内角度误差与输入校正之间的关系
将两个输出相互归一化的功能使 TMAG5170 在任何角度检测应用中都具有通用性。
2.3 CORDIC 角度估算
CORDIC（即坐标旋转数字计算器 ）为数字系统使用坐标数据计算角度提供了一种快速有效的方法。该算法通过
执行二进制搜索以围绕原点旋转一个点，直到生成的矢量位于单个轴上，从而快速近似计算角度。由于坐标输入
以迭代阶跃旋转，因此可以通过所有阶跃的总和来估算起始角度。完成这些旋转后产生的结束位置也将产生输入
矢量的大小。当与多轴霍尔效应传感器的输出一起使用时，该算法被证明是快速且精确的角度计算的极佳选择。
考虑图 2-8 中的点。
如果将该点顺时针旋转 45°（表示为 α0），则新生成的矢量将离开第一象限，如图 2-9 所示。
Y
X
(X,Y)
 .0
(y[,z[)
图 2-9. CORDIC 第一个阶跃
由于目标是将矢量与 X 轴对齐，因此在下一个阶跃中必须逆时针调整旋转方向。在下一次迭代中，坐标将逆时针
旋转 22.5° (α1)。此处的结果不会产生象限变化，因此旋转方向会继续沿此方向。此过程继续进行，添加和减去
角度阶跃并更改旋转方向，直到结果与 X 轴对齐。如图 2-10 所示，5 次迭代后的近似角度约为 19.69°。在这种情况下，请注意虽然角度计算是可能的并且只需要 X 和 Y 轴，但在 Z 方向上的该位置没有产生输入。
TMAG5170 允许用户同时监控全部三个轴，因此在采用该配置时，Z 轴上的任何输入都可以指示来自外部源的磁
场。3 角度测量注意事项
尽管多轴霍尔效应传感器能够简化许多与捕获角度测量值相关的问题，但仍需要考虑一些重要细节，以便尽可能
地提高性能。
3.1 传感器对齐
能够访问 B 场矢量的全部三个分量可以极大地简化与磁体相关的任何放置。如前所述，传感器可以放置在磁体附
近的任何位置，那里有足够大的磁通密度，可以通过将输出调节至匹配的振幅来进行测量。
尽管有这一优势，传感器相对于磁体的旋转对齐仍值得考虑。在许多情况下，传感器的平面将受到安装传感器的
电路板的限制。在该平面内，传感器可以自由旋转 360°。当以与磁体同平面或离轴方式放置传感器时，传感器相
对于磁体的对齐方式将对观察到的磁场产生影响。
未对准旋转磁体中心的传感器将以不同于图 2-2 所示的方式分离 B 场矢量。例如，考虑图 3-1 中所示的对齐方
式，其中传感器与磁体处于同一平面内。