TMR传感器的散射场补偿

由于杂散场噪声导致精度下降是磁性传感器常见的问题。
将杂散磁场源与传感器隔开一段距离，或加装磁屏蔽罩，这两点会对设计形成较大限制，还会增加系统成本。

此外，在兼顾补偿效果与成本的前提下，很难选定合适的设计方案。

针对这一问题，TDK 提出了一种采用多传感器抑制杂散磁场的方法。在下文的补偿措施概述中，会利用两个对磁场信号输出反相的传感器的输出差值，来抵消杂散磁场的影响。

通过选择传感器的使用数量，就能结合预期杂散磁场强度和允许角度误差，制定出合理的应对方案。

轴心对抗措施概述

• 传感器1(Sensor1) 和传感器2(Sensor2) 与旋转磁铁同轴安装在板子两侧。
• 在这种情况下，两个传感器的输出几乎是同相且在散射场（磁场）噪声中保持相同水平的。
• 通过调整基板厚度，使传感器1和传感器2接收到的磁场强度在同轴轴上达到B1/B2>1.5的一定比例来增强。（梯度计设计）
• 相同的矢量和磁场强度都来自扰动磁场（散射场），导致传感器1和传感器2的合成矢量输出角度不同。这是因为目标磁铁接收到的磁场强度不同，导致两个传感器的合成矢量存在差异。
• * 通过抵消两个传感器目标磁铁的磁场强度差以及两个传感器合成矢量的差值，可以消除散射场噪声。
• 散射场的补偿可以对传感器信号的每个采样进行，从而实现高动态的散射场补偿工作和直流和交流场的补偿。

如何计算 On-Axis

B1、B2：传感器1和2接收“目标磁铁强度” （可以是任何已知磁场强度，但比例是关键）
Bex：来自外部的额外磁场（偏离场）如果存在，传感器的输出会被偏移。
θsens1， θsens2：传感器1和传感器2实际测量的角度（略有偏移于偏移场）
θMA：目标磁体的角度
B1/B2的比值可以视为静态的，可以在实际应用中测量、计算、硅化或表征）

该公式通过赋予传感器（Sensor1）在受目标磁铁更强磁场的测量值更大权重，从而抵消外部干扰的影响，从而估算真实角度。

- 杂射场补偿效应的比较

如果只有一个传感器，角度误差较大;但使用两个传感器时，误差会被减少

*在我们的模拟条件下（目标磁铁Br=330mT（轴向磁化，单极对圆柱形磁铁Φ15.0*t2.0mm），散射场=4kA/m （相当于5mT磁通量），B1=100mT，B2=45mT，传感器1-磁体表面间隙=1.0mm，B1/B2比=2.2）

- 板厚示例

・DFN4封装（TAS2240）

・DFN8封装（TAS2142）

非轴心对抗措施概述

・两个传感器放置在相对于磁铁信号磁场输出 180 度异相的位置（位置 1 和 2）。此时，关于杂散场的两个传感器输出基本同相且处于相同水平。

・使用差分输出增加了信号功率并抑制了杂散场噪声的影响。

传感器数量的效果比较

传感器的使用数量和布置方式可以根据目标精度和角度误差的原因进行调整，以得到改善。
*在我们的模拟条件下（磁铁 Br：270 mT，杂散场强度：5 mT）

如何计算 Off-Axis

• 第一步：将相邻两个传感器的sin和cos输出相加
   *S12 = S1 + S2，以及S34、S56、S78
   --> 抑制离轴角度检测时出现的二次谐波分量失真
• 第二步：找出步骤 1 中两个相邻传感器输出之和的差值
   *S34 – S12 = S1234, S78 – S56 = S5678
   --> 增加对杂散磁场的抵抗力
• 第三步：根据 S1234 和 S5678 计算 arctan
   *角度 θ1234 从内侧传感器获得
   *角度 θ5678从外侧传感器获得
• 第四步：比较内外传感器的检测角度值
   *外传感器的磁场强度是内传感器的一半
   *θ1234对杂散场的精度是θ5678的两倍
   *所以2 x θ1234 – θ5678 = θ12345678
   --> 可以进一步增加杂散场抵抗力

具有 8 个传感器的框图

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