JAJU934 May   2024

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   参照情報
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   デザイン イメージ
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計の考慮事項
    3. 2.3 主な使用製品
  9. 3システム設計理論
    1. 3.1 ハードウェア設計
    2. 3.2 ソフトウェア設計
      1. 3.2.1 TMAG5170 SPI フレーム
        1. 3.2.1.1 32 ビット フレームのシリアル データ
        2. 3.2.1.2 シリアル データ出力 32 ビット フレーム
      2. 3.2.2 TMAG5170 のレジスタ構成
      3. 3.2.3 SPI と変換開始タイミング
      4. 3.2.4 線形位置の計算
  10. 4ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 4.1 ハードウェア
      1. 4.1.1 PCB の概要
      2. 4.1.2 MCU インターフェイス コネクタ
    2. 4.2 テスト構成
    3. 4.3 テスト結果
      1. 4.3.1 磁界の Z 軸および X 軸成分の測定
      2. 4.3.2 リニア位置測定
      3. 4.3.3 SPI 信号測定
  11. 5設計とドキュメントのサポート
    1. 5.1 デザイン ファイル
      1. 5.1.1 回路図
      2. 5.1.2 BOM (部品表)
      3. 5.1.3 PCB レイアウト
        1. 5.1.3.1 レイアウト プリント
        2. 5.1.3.2 レイアウトのガイドライン
    2. 5.2 ツールとソフトウェア
    3. 5.3 ドキュメントのサポート
    4. 5.4 サポート・リソース
    5. 5.5 商標
  12. 6著者について

4.3.2 リニア位置測定

セクション 3.2.4 で説明するように、移動する磁石の位置は、Z および X 磁界成分を使用して、最大の Z 磁界振幅を持つセンサから計算されます。軸外測定を調整するために、測定された Z 磁界のゲインとオフセットが較正されています。さらに、X 磁界の絶対振幅を乗算した補償係数を使用して、位置計算の非直線性を補償しました。さらに、PCB 上の各 TMAG5170 間の変位を補正しました。単純化のため、各 TMAG5170 間の距離として同じ値を使用しました。

表 4-5 キャリブレーション係数
TMAG5170 1 2 3 4
Z オフセット 14.6mT 14.3mT 14mT 13.8mT
Z ゲイン 0.94 0.93 0.94 0.94
変位 24.97mm 24.97mm 24.97mm 24.97mm
X 軸の補償係数 0.001538 0.001538 0.001538 0.001538

この位置は、室温 (22°C) で約 0.4m/s の線形速度で測定されました。データ キャプチャのどちらかの端で観測されるピークは、磁石がクワッド センサ PCB のセンシング範囲を離れるときの信号です。

TIDA-060045 室温でのクワッド TMAG5170 に対する線形位置誤差図 4-11 室温でのクワッド TMAG5170 に対する線形位置誤差

Z 磁界と X 磁界ノイズフロアの影響を測定するため、図 4-11 に示すように、4kHz で 1000 を超えるサンプルに対する 14.19cm での静的位置誤差を測定しました 。対応するヒストグラムを 図 4-12 に示します。測定は室温 22°C で行います。

TIDA-060045 4kHz のサンプル レートで 1000 を超える静的な位置をサンプリング図 4-12 4kHz のサンプル レートで 1000 を超える静的な位置をサンプリング
TIDA-060045 磁石位置 14.19cm での位置誤差のヒストグラム図 4-13 磁石位置 14.19cm での位置誤差のヒストグラム

表 4-6 に、フルスケール位置測定範囲と、対応する標準偏差および ENOB を示します。

表 4-6 クワッド TMAG5170 の静的位置 14.19cm での標準偏差、SNR、ENOB
QUAD TMAG5170 位置エラー 備考
標準偏差 [cm] 0.0053
フルスケール レンジ [cm] 10 クワッド 3D センサ
ENOB [ビット] 10.6

それぞれの TMAG5170 は、2.5cm の測定範囲にわたって 8.6 ビットの ENOB を提供します。範囲が 10cm のクワッド TMAG5170 アレイでは、全体の ENOB が上の表に示すように 10.6 ビットと 2 ビット増加します。

このテストの後、0.4m/s 前後の線形速度で位置測定を 5 回繰り返し、Z 磁界と X 磁界ノイズが絶対精度に及ぼす影響を概観しました。図 4-14 にテスト結果を示します。

TIDA-060045 5 回のテスト実行での線形位置誤差図 4-14 5 回のテスト実行での線形位置誤差

より高度な補償アルゴリズムにより、さらに最適化が可能です。リニア位置アプリケーション用の磁石の選択 (Rev. A) (https://www.ti.com/lit/an/slya059b/slya059b.pdf) も参照してください。磁界強度が高い磁石を使用すると、磁界強度の Z 軸成分で 100mT、X 軸成分で 50mT に増やすことができ、信号対比をそれぞれ 2 倍に増やすことができます。『リニア位置アプリケーション用磁石の選択 (Rev. A)』を参照してください。

TIDA-060045 のデモンストレーション ビデオは、「3D ホール効果センサを使用した設計：リニア位置エンコード」で見ることができます。磁気システムのシミュレーションに役立つように、TI Magnetic Sense Simulator (TIMSS) ツールを使用すると、磁気システムの設計と評価を迅速化できます。