TMR角度传感器的输出延迟和角度误差之间的关系

在旋转运动过程中检测角度时,例如在电机位置控制中,必须考虑传感器的输出延迟时间。

如果使用响应差的传感器,则在相对于真实角度的输出延迟时间内观察过去的角度信息,并且基于过去角度信息的控制可能会导致电机噪音的产生。

因此,本文解释了TMR角度传感器的输出延迟与角度误差之间的关系。
以下两个因素决定了模拟输出TMR传感器的输出延迟时间

  • 1. TMR元件对所施加磁场变化的时间响应
  • 2. 整个传感器电路对电气变化的时间响应。

对于第一个因素,对磁变化的响应性,很难观察到磁场变化,
但对于我们在硬盘驱动器领域的TMR传感器而言,我们有信号读数超过1GHz的产品记录,因此可以说该技术具有足够的响应能力。

第二,电路响应性,以我们的TAS2141-AAAA为样本的测量结果显示。

如图1所示,一个Tr = 0.616 nsec,1 Vp-p的脉冲被输入到Vcc引脚,观察传感器输出的响应、上升时间Tr =10.93 nsec≥带宽32 MHz得到确认。
这个输入-输出传播延迟时间是由于TMR传感器内部电路的电阻和寄生电容的时间常数造成的。

如果使用两极传感磁铁,这意味着可以处理高达1,920Mrpm的超高速范围内的信号,对于大多数角度检测需求来说,由于输出延迟时间导致的角度误差小得可以忽略不计。

图1:模拟输出产品的输出响应的测量环境

图2:模拟输出产品的输出响应 上升时间Tr =10.93nSec

补偿数字产品输出延迟的预测特性

另一方面,数字输出传感器除了考虑模拟因素外,还必须考虑到ASIC的计算过程所造成的输出延迟。

如果输出延迟时间较长,就会担心角度误差会增加,所以TDK的数字输出传感器具有输出延迟预测功能,这样就可以在未来的输出延迟时间内输出,表现得像没有延迟一样。

下面的表1和图3显示了有预测功能和没有预测功能时,由于输出延迟时间而产生的角度误差。

旋转速度
[rpm]
转动周期
[μS]
角度误差[deg]
没有预测,
延迟 225μs
(最大值)
有预测的情况下、
延迟5μs
(最大值)
1,000 60,000 1.4 0.0
5,000 12,000 6.8 0.2
10,000 6,000 13.5 0.3
16,667 3,600 22.5 0.5
20,000 3,000 27 0.6
33,333 1,800 45 1.0
66,667 900 90 2.0
100,000 600 135 3.0

表1. 输出延迟时间导致的角度误差

图3:输出延迟时间导致的角度误差

[公式]

输出延迟时间导致的角度误差[度] = 360[度] *延迟时间 / 旋转周期

结论:
TDK模拟输出产品具有足够高的输出响应速度,它们可以在没有任何输出延迟时间措施的情况下使用,有助于降低成本。

由于TDK数字输出产品的预测功能,在使用时不会因为输出延迟时间而使角度误差恶化。

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