TMAG5273 は、この設計でダイヤル実装に使用する 3D ホール効果センサです。3D デバイスであるため、磁界の角度と大きさを検出でき、ダイヤルのプッシュ ボタン機能を可能にします。このデバイスには CORDIC エンジンが内蔵されているため、角度位置検出機能をこのアプリケーションに簡単に実装できます。磁界の角度はデバイス レジスタ経由で通知されるため、MCU による計算は不要です。このアプリケーションで使用できる類似の 2 つの代替品は、TMAG5170-Q1 と TMAG5173-Q1 です。どちらのデバイスも、類似の機能を実現していると同時に、車載認定オプションも提供しています。これらのデバイスはすべて CORDIC エンジンを内蔵しており、レジスタを使用して磁界の角度と大きさを報告します。これら 3 つの部品で多少異なるのは、TMAG5170-Q1 と TMAG5173-Q1 は高精度デバイスであり、通信にそれぞれ SPI と I2C を使用しているのに対し、TMAG5273 は I2C 経由で通信を行う汎用低消費電力デバイスであるという点です。このリファレンス デザインでは、角度を表示するために高解像度を必要とせず、メイン通信プロトコルとして I2C を使用しているため、TMAG5273 を選定しました。車載認定が必要な場合は、代わりに TMAG5170-Q1 または TMAG5173-Q1 を使用できます。

このデバイスで使用する磁石は、直径 1/4 x 厚さ 1/8 インチの N42 丸径磁石です。この磁石を選択したのは、この磁石の磁力がフルスケール出力範囲の大部分に対応する入力になれるからです。これにより、設計に適した距離で使用した場合、小型で容易に入手できるという特徴はそのままで、デバイスの SNR 性能を改善することができるようになります。

図 2-5 磁界強度の距離依存性

ダイヤルのプッシュ機能は、設計時にバネを追加することで実現しています。ほとんどのバネは強磁性で磁界と相互作用しますが、この設計で使用している磁石の磁界は十分に強いため、特定の非強磁性のバネでなくても実装が可能です。ただし、この設計では磁界強度の低下により SNR も低下します。これは、磁気測定で平均化を行うことで解消されます。TMAG5273 にはレジスタ設定があり、センサ データの平均化の方法を変更することができます。このアプリケーションでは高速測定は必要ないため、一貫した結果を得るために最大平均化を選択します。あるいは、平均化する値を必要に応じて小さくし、デバイスのスリープ タイマを使用して、低消費電力アプリケーションのためのサンプリングの間、デバイスを低消費電力モードにすることもできます。

図 2-6 磁気ダイヤルのプッシュ ボタンのスタックアップ

磁石とセンサの間の距離と磁石の特性が判明していれば、角度誤差計算ツールを使用して角度誤差を推定できます。ただし、このアプリケーションは高速なサンプリング レートを必要としないため、高いサンプル平均化が適用された CORDIC アルゴリズムを使用すると、ダイヤルの位置に関する十分正確な情報が得られます。