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角度传感器应用电路设计档

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磁阻式传感器 KMZ41 的特点:
内部包含有两个有磁阻构成的、位置成正交的、独立的电桥(Wheatstone 。其内部结构如下图所示: Bridge)

将 KMZ41 置于有 X 轴、Y 轴构成的*面上,当旋转磁场强度变化时,KMZ41 就会产生两路正弦输出的信号, 两信号的相位差就代表芯片轴向与磁场方向的夹 角 a,输出信号波形如下图所示:

图1 图2 图 1 为 KMZ41 产生的两路正弦输出信号;图 2 为芯片轴向与磁场方向的夹角。

UZZ9001 的内部结构与工作原理:
UZZ9001 的芯片内部包括 A/D 转换器 1 和 A/D 转换器 2、滤波器、算法逻 ;逻辑控制及复位等。UZZ9001Y 与 KMZ41 连接, 辑、SPI 接口、时钟振荡器、 能够将磁阻式传感器 KMZ41 输出的两个有相位差的正弦信号转换成数字信号输 出,与微控制器配套构成一个角度测量系统。

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角度传感器部分设计:
方案一

由 UZZ9000 和 KMZ41 构成的角度检测电路:
UZZ9000 为线性电压输出式角度传感器调理器电路,输出电压与被测角度信 号成正比;测量角度的范围是 0~180°,且在 0~100°范围内;测量误差小于± 0.45 ° 分 辨 力 达 0.1 ° ; 测 量 范 围 和 输 出 零 点 均 可 调 节 ; 电 源 电 压 范 围 为 +4.5~+5.5V;电源电流为 10mA;工作温度范围是-40~+150℃。 由 UZZ9000 和 KMZ41 构成的电压输出式角度检测电路如图所示。改变 R2 和 R3 的比值,可以调节传感器 1 的偏移量;改变 R4 和 R5 的阻值,可以调节传感 器 2 的偏移量; 改变 R6 和 R7 的比值, 可以调节零点偏移; 改变 R8 和 R9 的比值; 可以调节测量角度范围。电阻 R2~R9 可以采用电位器代替。电路输出电压送至数 字电压表或者微控制器系统,即可显示出被测角度值。该电路可广泛用于发动机 凸轮/曲轴速度及位置检测、节流阀控制、转向操作控制、汽车中的 ABS 系统等 领域。

方案二 由 UZZ9001 和 KMZ41 构成的角度检测电路
与 UZZ9000 线性电压输出方式不同,UZZ9001 采用 SPI 串行接口的数字输 出方式,输出数字信号与被测角度信号成正比;其精度与 UZZ9001 相同。 由 UZZ9001 和 KMZ41 构成的数字输出的角度检测电路如图 1 所示。 接 SPI 口与微控制器连接,电位器 OFFS1 和 OFFS2 用来调节传感器 1 和传感器 2 的偏 移量。SPI 串行总线的时序波形如图 2 所示,其中的时间参数如表 1 所列。调整 模式的设置与时序波形与 UZZ9000 相同。

图1 路

UZZ9001 和 KMZ41 构成的数字输出的角度检测电

图2

SPI 串行总线的时序波形

编 号 数 值 单 位

1 1 ns

2 15 ns

表 1 SPI 串行总线的时序波形的时间参数 3 4 5 8 9 10 15 ns 100 ns 100 ns 20 ns 25 ns 40 ns

11 5 ns

综上可知,UZZ9001 采用 SPI 构成的数字输出式角度传感器信号调理器 电路比较简单;而 UZZ9000 构成的电压输出式电路,需要外加很多的电路才得 以实现,相对来说比较复杂;因此选择方案二。




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