電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）在任何場(chǎng)景的位置傳感應(yīng)用里，位置傳感器和編碼器可以說是無處不在。不論是工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)時(shí)控制還是汽車的實(shí)時(shí)定位，現(xiàn)代設(shè)備依靠這些傳感持續(xù)提供系統(tǒng)位置數(shù)據(jù)，而且越來越需要設(shè)備在斷電情況下這些位置數(shù)據(jù)仍然能保持不間斷。

位置信息的不間斷輸出

為了保證位置數(shù)據(jù)不中斷，目前最常見的辦法是利用位置傳感器或編碼器提供某個(gè)角度范圍的真正通電的位置信息（True Power-On）。想要得到更寬的測(cè)量范圍的TPO位置信息，系統(tǒng)需要使用一個(gè)備用電源來跟蹤和記憶意外斷電后單個(gè)傳感器的多次旋轉(zhuǎn)或跟蹤多個(gè)轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。也可以在設(shè)備中加齒輪減速，將多次旋轉(zhuǎn)減速到單匝進(jìn)行檢測(cè)，再找到TPO多匝位置信息。

備用電源加內(nèi)存加單匝傳感的方案成本還是很高的，雖然這種辦法的確解決了斷電情況下位置信息的通電持續(xù)輸出，但是設(shè)計(jì)起來也比較復(fù)雜。其原理無外乎利用備用電源或者其他模塊產(chǎn)生的電壓峰值為外部電路供電，記錄下FRAM中的匝數(shù)信息實(shí)現(xiàn)TPO位置輸出。不管如何，使用外部功率來記錄的方法既增加了系統(tǒng)規(guī)模也提升了成本。

如果不需要外部功率來記錄外部磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，那系統(tǒng)規(guī)模和成本就能大大減少，位置傳感設(shè)計(jì)上也能簡(jiǎn)化不少。

TPO磁性位置傳感應(yīng)用

從基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，到基于各向異性磁阻效應(yīng)的磁傳感器AMR傳感，還有基于巨磁阻的GMR傳感，還有基于隧道磁阻的TMR傳感，這些是位置傳感的核心技術(shù)。

舉例來說，基于磁阻效應(yīng)的TPO多匝磁位置傳感器由多個(gè)磁阻效應(yīng)元件納米線組成的螺旋組成，在外部磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)變化下，位置狀態(tài)可以通過測(cè)量電阻來確定。這種位置數(shù)據(jù)收集，僅僅依賴于外部磁場(chǎng)，匝數(shù)記錄操作不需要額外的備用電源或者其他能提供電壓的能量收集技術(shù)。斷電狀態(tài)結(jié)束，重新向傳感器供電時(shí)可以讀出旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)狀態(tài)，不需要額外的復(fù)位等其他操作。

相比于其他位置傳感技術(shù)，霍爾效應(yīng)位置傳感在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用里肯定是最多的那一類選擇。TPO霍爾傳感也是位置檢測(cè)中常見的一類傳感。這類TPO霍爾傳感，需要優(yōu)化的絕對(duì)精確計(jì)時(shí)步進(jìn)大小來確保從TPO狀態(tài)到運(yùn)轉(zhuǎn)模式的平滑過渡。TPO霍爾傳感通常帶有經(jīng)優(yōu)化的定制磁路減少磁鐵不良影響和系統(tǒng)偏差，用以響應(yīng)鐵磁體目標(biāo)生成的磁信號(hào)從而進(jìn)行開關(guān)。

不論具體采用了何種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)TPO，這種具有真通電狀態(tài)的位置傳感顯著降低自動(dòng)化設(shè)備斷電時(shí)位置檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和工作量，成本上也能做得更低。在任何對(duì)運(yùn)控、位置檢測(cè)有高性能要求的系統(tǒng)里，TPO的實(shí)現(xiàn)提升了位置傳感的性能上限。

幾種TPO位置傳感器

TPO霍爾傳感

霍爾傳感挑選的是Allegro的真通電狀態(tài)傳感器ATS系列，包含霍爾元件、永磁體和電子電路，該系統(tǒng)霍爾元件采用光刻技術(shù)校準(zhǔn)，精度好于1μm。傳感器可以在絕對(duì)零速下工作并提供TPO信息。精確的計(jì)時(shí)步進(jìn)大小確保了從TPO狀態(tài)到運(yùn)轉(zhuǎn)模式的平滑過渡，先進(jìn)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)保證了器件對(duì)磁過沖和峰值間值變化導(dǎo)致信號(hào)異常的高容忍度。
磁阻效應(yīng)TPO位置傳感
上圖是ADI推出的TPO多匝位置傳感器ADMT4000，結(jié)合了GMR傳感、AMR傳感和集成信號(hào)調(diào)節(jié)IC。在信號(hào)調(diào)節(jié)IC的增強(qiáng)下，磁性誤差和機(jī)械公差誤差被消除，傳感器能夠提供±0.25°精度水平下最多46轉(zhuǎn)的位置記錄。即便是在靠近電機(jī)使用時(shí)，器件也表現(xiàn)出了極高的對(duì)雜散磁場(chǎng)的免疫能力。

小結(jié)

在工業(yè)場(chǎng)景中，斷電后機(jī)器人或其他自動(dòng)化設(shè)備都需要繼續(xù)跟蹤位置信息，不管是旋轉(zhuǎn)應(yīng)用還是線性應(yīng)用，都需要不間斷的位置傳感來收集工廠級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)而提升運(yùn)控系統(tǒng)性能。汽車應(yīng)用中TPO位置檢測(cè)的應(yīng)用同樣如此。集成TPO的位置傳感器將以往需要外部功率支持的方案大大簡(jiǎn)化，既降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性也降低了成本，可以更輕松地實(shí)現(xiàn)真正通電狀態(tài)下不間斷的位置追蹤。