datasheet

新一代磁性位置传感器助力无人机、轻工业、医疗以及太空机器人应用

2018-10-25来源: 互联网 关键字:磁性位置传感器

作者:Mark J. Donovan 艾迈斯半导体

在过去几年里,一系列新的终端市场和应用开始涌现,推动了对更高性能位置传感器的需求。这在磁性位置传感器 IC 领域尤为明显,此类传感器的供应商已经响应市场的急切呼唤,开始推出新产品,专为快速发展的机器人和无人机市场量身定制。新型磁性位置传感器更加智能,可提供更高的分辨率和精度,更小更轻,而且功耗远远低于其前代产品。本文将简述一下磁性位置传感器的历史,以及它们以往所服务的终端市场和服务方式,然后深入探讨当今新一代器件中引入的特殊的新功能和性能。最后,聚焦机器人和无人机领域,分享这些新式的创新型磁性位置传感器的几个用例。

霍尔磁性位置传感器已经问世很长一段时间了,但随着汽车、消费和工业应用终端市场的不断电气化,它们如今在这些应用中的使用仍然在增加。例如,在汽车领域,磁性位置传感器目前用于诸如转向、制动、变速器、换档器、底盘高度、踏板、油量感测等车辆子系统。而自动驾驶车辆的激增只会促进其用量需求。在消费领域,它们广泛用于白色家电的门位置检测。在工业市场领域,它们用于为控制系统和工业机器人提供执行器、杠杆和操纵杆位置反馈。此外,在所有市场中,它们都大量用于辅助电机控制。

磁性位置传感器得到如此广泛的使用的主要原因是它们可以由低成本的 CMOS 半导体技术实现,并且可以在最恶劣的环境中提供准确、可重复、可靠的位置测量。磁性位置传感器不受灰尘、泥土、污垢和液体的影响,并且可以在高温、高湿的环境下工作。一些供应商,例如艾迈斯半导体,甚至提供免受杂散场影响的磁性位置传感器。

CMOS 磁性位置传感器已经整合进各种常见的表面贴装和单列直插通孔式 IC 封装中,对于上述提到的大多数应用而言,此类封装已经足够小了。同样,CMOS 磁性位置传感器的典型功耗耗为几十毫安。这仍然是传统汽车、工业和消费类市场可承受的功耗水平。

然而,随着汽车的快速电气化,连接到物联网的新型消费产品层出不穷,工业设备和工厂通过使用机器人和人工智能变得越来越高效和智能化,过去的磁性位置传感器不再适合。现在的设计人员普遍认为,它们的物理尺寸和功耗都过大,而且精度不足以满足系统的性能目标。

当前正致力于为轻工业、医疗和太空探索等终端市场研制新型机器人的设计工程师,对传统的磁性位置传感器也持相同的看法。在这三个终端市场中,机器人设计师都需要超小型且超低功耗的磁性位置传感器,以生产非常小巧的高精度机器人手臂。机器人手臂将用来完成复杂精细的任务,例如组装电子元器件、执行各种腹腔镜手术以及在遥远的行星上拾取小矿石和沉积物样品等。

迅速发展的无人机市场也是如此,尺寸、重量和低功耗是实现更长时间飞行任务的关键需求,在无人机的摄像头云台领域,超小型和超低功耗的磁性位置传感器尤其必不可少。磁性位置传感器用于无人机的摄像头云台,为云台的无刷直流电机提供换向反馈,并提供三维的齿轮角度位置反馈。如果没有这些磁性位置传感器,摄像头的稳定性不足以提供令人惊叹的摄影效果。

幸运的是,磁性位置传感器供应商正响应客户和这些新型终端市场的需求,推出了新一代磁性位置传感器。新型磁性位置传感器采用超小型封装,包括晶圆级芯片封装 (WLCSP),该封装几乎与传感器裸片本身的尺寸相同,这些位置传感器能够自动进入低功耗模式,以便降低整体功耗。

例如,艾迈斯半导体提供了两款能满足这些新需求的器件。AS5510 线性位置传感器采用 WLCSP 封装,尺寸仅为 1.46mmx1.0mmx0.6mm,具有低功耗模式,在此模式下仅消耗 25μA 电流。同样,12 位精度的 AS5055A 采用小型 QFN-16 封装 (4.9mmx6.0mmx1.75mm),具有低功耗模式,在此模式下仅消耗 3μA 电流。这些特性使 AS5055A 被广泛用于需要超小体积和超低功耗的电机控制系统。该产品目前广泛用于各种终端市场应用的电机控制领域,包括工业和消费应用以及星际空间探测机器人。艾迈斯半导体还提供多种磁性位置传感器的系统级封装 (SiP) 解决方案,在这些方案中,传感器和相关的去耦电容集成在同一封装中,实现“无 PCB”设计,以获得更低系统成本和更小外形尺寸的解决方案。

艾迈斯半导体最近也开始提供最新的磁性角度位置传感器 AS5600L样品。该产品提供 12 位输出分辨率,在 -40 至 125oC 的整个工作温度范围内的最大 INL(积分非线性)误差仅为±1o,采用 WLCSP (2.07mm x 2.63mmx0.6mm) 封装,在自动低功耗模式下仅消耗 1.5mA 电流。以下是 AS5600L 的 INL 误差的两个示例仿真图,空隙 (Z) 为 1.5mm,目标磁铁和传感器自身之间的 X/Y 偏差不超过 ±1mm。在图中可以看到,X/Y 零偏差时,两个目标磁铁均可实现 INL 误差 < ±0.5o。当空隙 < 1.5mm 时,INL 误差甚至可以更小。

 Magnet (4mm diameter, 2mm thick)

Magnet (6mm diameter, 2.5mm thick)

磁铁(直径 4mm、厚 2mm) 磁铁(直径 6mm、厚 2.5mm)

Figure 1.0

图 1.0

这种低 INL 误差或高精度结果,以及在宽温度范围和目标磁通量下的低噪声和超低功耗,使基于霍尔效应的超小型磁性位置传感器(如 AS5600L)能够满足当今机器人和无人机设计工程师对性能和空间的需求。此外,它们还比竞争性位置传感器技术具有成本优势。

机器人设计师正在利用新一代磁性位置传感器,为各种终端市场(包括医疗、轻工业以及地质与太空探索)研发四肢更加小巧灵活的机器人。肢体小巧的机器人可以在应用中更快、更精准地拾取和移动物体,例如:执行轻工业电子组装任务、实现机器人腹腔镜手术,甚至在遥远的行星上拾取小份土壤样本。具体而言,他们正在使用磁性位置传感器来提供关节电机换向和齿轮位置反馈。

为了实现这些小巧的机器人手臂,机电一体化设计工程师正在利用柔性印刷电路板将这些小型磁性传感器 IC 安装到机器人主体的主控制器上,以便向其提供电源和将数据信号传送回机器人主体中的主控制器。参见下图 2.0。

图 2.0

与此类似,新一代磁性位置传感器也用于无人机领域。无人机设计人员正在开发新型三轴摄像头云台,其中采用了许多与智能手机相同的技术,以保持摄像头的稳定性,从而确保出色的拍摄效果。然而,正是超小型和低功率磁性位置传感器的使用发挥着关键作用,提供了摄像头云台的无刷直流电机和齿轮的三轴位置反馈,以确保飞行和拍摄时相机始终保持水平、无振动。参见图 3.0。

图 3.0

总而言之,新一代高精度、小尺寸和低功耗磁性位置传感器 IC使当今的电气和机械设计工程师能够研发出新型的、功能强大的机器人和无人机,从而为许多新市场和应用提供服务。在不久的将来,我们预期会看到小型医疗机器人手臂真正地穿入人体内部,娴熟地操作,以切除肿瘤和执行其他手术。在工业机器人市场上,我们预期会看到轻型智能制造机器人用于执行更复杂精细的任务,如电子装配。而在无人机领域,我们会继续看到摄像头和负载云台的发展和改良,以支持更高分辨率的摄影,完成更高精度的 2D 和 3D 测绘。

作者简介

是艾迈斯半导体位置传感器业务线的高级产品营销经理。Donovan 先生在磁性传感、电信和雷达信号处理方面拥有 30 多年的行业经验,他在磁性位置传感、雷达信号处理和电信通信领域拥有 8 项专利。Donovan 先生毕业于马萨诸塞大学洛厄尔分校,拥有电气工程理学学士学位,同时他还拥有南新罕布什尔大学的工商管理硕士学位。


关键字:磁性位置传感器

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2018/ic-news10259064.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:四川:首个“机器人护士”上岗
下一篇:最后一页

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

AMS推出符合ISO26262的磁性位置传感器

双晶圆冗余可实现全数据通道诊断,提升自检能力,AS5270A/B位置传感器使汽车OEM厂商符合最高安全标准高性能传感器解决方案供应商艾迈斯半导体公司(ams AG,瑞士股票交易所股票代码:AMS)宣布推出全新磁性位置传感器产品系列,具备更优良的安全性能和诊断能力,帮助汽车OEM厂商达到在ISO26262 ASIL中最高安全等级。AS5270A/B是刹车、油门踏板、节气门、翻转盖板、转向盘位置、底盘悬挂高度、废气再循环阀(EGR)、油位测量系统、2/4轮驱动切换等自动化应用的理想选择。新的AS5270A和AS5270B系统芯片(SOC)是0º至360o全方位旋转的磁性位置传感器,具备非接触式高分辨率和绝对角度测量。AS5270A/B
发表于 2017-07-07

艾迈斯半导体推出用于汽车应用的新型磁性位置传感器

中国,2016年5月5日,全球领先的高性能传感器和模拟IC解决方案供应商艾迈斯半导体公司(ams AG,SIX股票代码:AMS)今天推出首款采用汽车行业编程开发以满足ISO26262安全标准的磁性位置传感器,拓展了满足汽车安全标准要求的传感器系列产品。此次推出的新型传感器系列也是艾迈斯半导体首款采用系统级封装型式的磁性位置传感器,节省空间的封装可降低系统成本,而传感器置入也将不再变得费用高昂,过去这限制了以PCB为基础封装的发展。     新的AS5170及AS5171传感器是作为预先资格安全要素装置(SEooC)开发的,并符合ISO26262汽车运行安全标准。帮助客户满足不断增长的汽车安全性能
发表于 2016-05-05
艾迈斯半导体推出用于汽车应用的新型磁性位置传感器

奥地利微电子推出新款磁性位置传感器

    高性能模拟IC和传感器供应商奥地利微电子公司(SIX股票代码:AMS)今天宣布推出新的磁性位置传感器系列,新产品具有突破性技术,能对高速旋转的车轮进行极其准确的角度测量。     新的“47系列”位置传感器包括具有DAEC™(动态角度误差补偿)功能的AS5047D、AS5147、AS5247三款产品。DAEC™是奥地利微电子开发的新技术,可用来消除由传播延迟导致的测量误差,该技术目前正在申请专利。     AS5047D适合工业应用,包括机器人和编码器模块。     AS5147可用于电子助力转向
发表于 2014-07-21

助力高效节能电机,AMS推出全新磁性位置传感器技术

    传感器在各种电子机械设备中的重要性不言而喻,在物联网、智能交通、智能家居等各领域的应用数不胜数。     由于传感器融合了材料科学、纳米技术、微电子等领域的前沿技术,作为新一代信息技术、高端制造装备、新能源汽车等战略新兴产业的先导和基础,具备极其广泛的应用。     2014年7月14日,奥地利微电子(AMS)宣布推出全新磁性位置传感器技术“DAEC”和新的磁性位置传感器系列。新产品所具有的突破性技术,能对高速旋转的车轮进行极其准确的角度测量。     作为一家奥地利公司,此次出席发布会并发
发表于 2014-07-21

奥地利微电子推出新款磁性位置传感器

    AS5047D 、AS5147、AS5247均具有新的DAEC™补偿技术,将动态角度误差几乎降低至零。     中国,2014年7月14日——领先的高性能模拟IC和传感器供应商奥地利微电子公司(SIX股票代码:AMS)今天宣布推出新的磁性位置传感器系列,新产品具有突破性技术,能对高速旋转的车轮进行极其准确的角度测量。     新的“47系列”位置传感器包括具有DAEC™(动态角度误差补偿)功能的AS5047D、AS5147、AS5247三款产品。DAEC™是奥地利微电子开发的新技术,可用来消除由传播延迟导致的测量误差
发表于 2014-07-14
奥地利微电子推出新款磁性位置传感器

奥地利微电子新型磁性位置传感器DAEC功能介绍

    观赏最新视频,了解奥地利微电子的新型磁性位置传感器系列。新产品采用DAEC™(动态角度误差补偿)技术,这一突破性技术保证了高速旋转下的最佳精确性,并将动态角度误差几乎降低至零,为所有电机控制和位置测量应用提供理想的解决方案。 <iframe height=498 src="http://player.youku.com/embed/XNzM4OTkxMjI0" frameBorder=0 width=510 allowfullscreen></iframe>
发表于 2014-07-11

小广播

最新视频课程更多

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 医学成像 家庭消费 监护/遥测 植入式器材 临床设备 通用技术/产品 其他技术 综合资讯

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved