추세 3번: 전반적인 완제품 폼 팩터의 소형화

세 번째 추세는 자기 시스템 설계의 소형화와 관련이 있습니다. 제품의 크기를 줄이는 이유는 비용, 더 나은 사용자 경험, 더 세련된 디자인 등 다양하며, 이를 위해 자석 크기를 줄이거나 다축 센서를 사용하는 경우가 많습니다. 위험이 없는 또 다른 접근 방법은 제조 흐름에서 허용하는 가장 작고 가장 통합된 부품으로 마이그레이션하여 보드 크기를 줄이는 것입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 텍사스 인스트루먼트는 초소형 아웃라인 무연(X2SON)(1.1mm²x 1.4mm ²) 및 웨이퍼 칩 스케일 패키징(WCSP)(0.8mm² x 0.8mm²)으로 소형 솔루션을 제공합니다. 작은 패키지에 높은 집적도를 자랑하는 하나의 예는 WCSP에서 사용할 수 있는 3D 선형 솔루션인 TMAG3001입니다.

자석 크기를 줄이면 자기장이 더 약해지기 때문에 민감도가 높은 자기 센서가 필요하기 때문에 문제가 발생합니다. TMAG5231과 같은 고감도 솔루션으로 더 작은 자석을 사용할 수 있습니다. 또는 고감도 솔루션 없이 정확한 측정을 위해 자석을 센서에 더 가까이 배치할 수 있습니다. 약한 자기장의 경우 높은 SNR(신호 대 잡음비)을 가진 장치를 통해 가능한 가장 정확한 측정을 보장할 수 있습니다. DRV5055와 TMAG5253은 최대 70dB의 SNR을 제공할 수 있습니다.

최종 장비의 크기를 줄이는 일반적인 추세는 기술에 관계없이 모든 위치 센서에 도전적인 과제입니다. 유도 센서는 금속 타겟을 사용하여 물체의 위치나 존재를 감지하며, 데이터 시트에 명시된 지침을 충족하면 피트니스 손목 밴드의 측면 버튼만큼 작은 폼 팩터를 구현할 수 있습니다. 인덕티브 센서의 주요 시스템 수준 요구 사항은 감지 코일의 크기가 대상과 동일하며 코일의 직경의 10%~20% 이내여야 합니다. 소형화 추세에 있는 애플리케이션의 예로는 의료용 인슐린 펌프, 수술용 내시경 도구, 공장 자동화에 사용되는 공압 실린더 등이 있습니다.

또한 부품 수를 줄여 소형화를 달성할 수도 있습니다. 예를 들어, 전자 계량기(또는 스마트 전자 잠금 장치 및 도어 및 창문 센서)에 변조 감지 기능을 구현하려면 전자 계량기가 전기 사용량을 정확하게 측정할 수 없게 만드는 대형 외부 자석의 변조를 감지하기 위해 3개의 홀 효과 스위치 또는 선형 장치 대신 단일 3D 선형 센서를 사용해야 합니다. 설계자는 3D 자기 센서를 사용하여 저전력 작동과 TMAG5273과 같은 조정 가능한 외부 자기장 감지 장치를 통해 전자 계량기 설계를 개선하고 있습니다. 이러한 장치를 사용하면 여러 개의 출력 대신 단일 디지털 인터페이스, 인쇄 회로 기판 조립 비용 절감, 자기 감도의 높은 구성 가능성 등 더 적은 수의 부품으로 소형화할 수 있는 다른 이점이 있습니다.

더 적은 부품으로 시스템을 소형화할 때 증분 및 절대 인코더 설계자가 가진 한 가지 과제는 디지털 또는 아날로그 출력 솔루션 중에 선택하는 것을 포함하여 제품 해상도를 개선하는 것입니다. 증분 인코더는 자석이 움직이는 속도 또는 비율과 방향도 모니터링합니다. 절대 인코더는 이 작업을 수행할 수 있으며 고해상도로 항상 정확한 위치를 알 수 있습니다.

증분 인코더 설계자가 디지털 출력 홀 효과 래치를 사용할 때 분해능은 시스템의 자기 극 수에 따라 엄격하게 달라집니다. 더 높은 해상도를 달성하려면 더 높은 폴 수가 있는 링 자석이 필요하며, 폴 크기가 작아지면 자석에 의해 생성되는 자기장이 본질적으로 취약하기 때문에 설계자가 센서를 자석에 더 가까이 배치하거나 더 높은 민감도의 센서를 사용해야 합니다. 이 시점에서 대부분의 설계자는 TMAG5111과 같은 듀얼 통합 래치를 지원하는 단일 칩 솔루션으로 전환합니다. 듀얼 래치 솔루션에는 2D 래치가 내장되어 있어 3D 공간에서 두 축을 매우 유연하게 모니터링할 수 있습니다. 고해상도 설계에는 선형 센서를 사용하는 절대 인코더가 필요합니다. 각도 측정 기능을 갖춘 단일 3D 선형 센서는 고해상도 절대 인코더를 위한 최종 마이그레이션 단계입니다. 이 구현은 두 개의 축만 측정하지만 대부분의 3D 선형 센서는 두 개의 축을 유연하게 구성할 수 있습니다. 3D 센서를 사용하면 푸시 기능을 감지할 수 있는 기능이 추가됩니다. 그림 4에서는 인코더 설계의 추세를 보여줍니다.