MA800系列非接触式角度传感提高了旋转开关应用的可靠性

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DAVE BAKER

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大多数旋转用户接口中使用的机械电位计和开关都存在寿命短和可靠性低的问题，这是由于接口机械磨损和对环境损害的敏感性导致的。本文讨论了磁性非接触式传感如何消除这些问题，以及它所具有的其他优势与特性。

旋钮被用于各种人机接口应用，从洗衣机上的程序选择器到汽车的信息娱乐系统和导航控制系统，再到烤箱上的温度控制旋钮。这些应用通常都采用传统电位计，或在某些情况下采用机械旋转开关。这些方法的缺点是使用寿命短。因为电位计的电阻走线或开关上的触点会在不断重复的转动中磨损，使这种解决方案的寿命通常仅限于大约十万个旋转周期。而且，由于灰尘或湿气侵入旋转轴结构等环境因素，它们很容易发生故障。

采用磁性角度传感器实现非接触式传感的旋转接口则具有明显的优势。最重要的一点就是使用寿命更长，因为它没有可磨损的接触部件。另外，传感器与磁体物理分隔，这意味着传感器可以完全密封，从而消除了灰尘或湿气侵入的可能性。

MagAlpha MA800系列是MPS新型易用的数字磁性传感器系列产品，用于替代上述应用中的模拟电位器或旋转开关。该传感器可以检测安装在旋钮上的永磁体绝对角位置。它通常与直径为3mm至8mm的径向磁化圆柱形磁体一起使用。

该传感器系列支持30mT至150mT的宽磁场强度范围，这使旋钮和传感器的机械布置具有很大的灵活性。其典型布置如图1所示。

图1： MA800非接触式传感器的类电位计组件示例

MA800系列的核心是MPS专有的角度霍尔传感技术SpinAxisTM，该技术可将机械角度信息转换为数字格式，而无需复杂的模数转换和数学计算。传感器功能框图如图2所示。

图2: 传感器功能框图

这种简单而独特的方法实现了高性能和高效益，即使在价格敏感的消费类应用中，MA800系列也可以与现有的电位计或机械开关解决方案竞争。

MA800系列中有三个成员：MA800, MA820, 和MA850.

MA800传感器通过SPI或SSI接口输出数字角度读数，这使它可以轻松连接所有类型的微控制器。而且，其数字角度是0到360°机械角度之间具有8位分辨率的绝对值，因此即使重新上电，其位置信息也始终是真实位置。

MA820具有可调增量式ABZ编码器接口，它可以提供两个正交编码信号通道（A和B），每通道的脉冲数均可编程为每转1至最大64。两个通道的90°正交间隔还提供了旋转方向信息。其用途包括了图形界面上的音量或温度控制，或菜单选择滚轮。

MA820还提供一个索引脉冲输出（Z），以提供旋钮的零位置基准。零基准可在系统运行期间设置，并存入器件的非易失性存储器中（见图3）。

图3: 正交ABZ波形

MA850提供PWM输出，可对其进行滤波以提供与角度成比例的线性电压。因此，MA850适用于需要模拟输出电压的应用，如改装为传统的电位计解决方案。PWM输出具有8位分辨率，频率约为3kHz。在输出端添加一个R-C网络，可在3.3V电源和10-90％的占空比范围内提供输出电压（见图4）。

对于0至5V的应用，可以通过一个简单的运算放大器电路对R-C网络进行缓冲，以实现更宽的输出电压范围。

图4: 经过滤波的PWM波形

部分旋转接口还需要按钮功能来实现程序的选择。例如，要实现滚动广播电台并选中您想收听的电台，过去只能增加更多的机械复杂性，通过接触开关的形式来实现。而MA800系列具有可编程的磁场强度阈值，可检测磁体到传感器的距离，并提供专用信号来指示触发阈值的时间，从而实现按钮或拉钮功能。然后，通过旋钮上简单的弹簧作用使磁体更靠近或更远离传感器，即可轻松实现非接触式按钮功能。其阈值设置如表1所示。