基于MLX90316的磁性角度傳感器的設計方案

　　4.硬件電路設計

　　硬件電路的核心是磁傳感器信號采集模塊，它主要是利用磁傳感器芯片MLX90316 來(lái)實(shí)現的，它可以把磁場(chǎng)的變化轉化為角度信息。信號采集電路如圖4所示。

　　MLX90316芯片是集成了Tria 度isTM型的CMOS霍爾傳感器，當外加磁場(chǎng)的分量與芯片表面平行時(shí)則可輸出兩路正交磁場(chǎng)信息，根據這一特點(diǎn)可以獲得對應的角度位置信息，它的內部結構如圖5所示。

　　當小型磁鐵（徑向磁化）在芯片表面上方旋轉時(shí)，MLX90316芯片內的集磁片（IMC）可以將平行作用于芯片表面的磁場(chǎng)集中起來(lái)，并在IMC結構的邊緣產(chǎn)生正比于磁場(chǎng)的垂直分量，再通過(guò)兩對位于 IMC下方的傳統平面霍爾元件來(lái)檢測此信號。這兩對霍爾元件的放置方向相互垂直，并都平行于芯片表面（X軸和Y軸方向），通過(guò)這樣的結構可以將實(shí)際角度編碼為兩個(gè)相位差為90°的正弦信號x V 和y V ，并正比于磁場(chǎng)強度。

　　這兩路霍爾信號將通過(guò)一個(gè)完全差分、帶有經(jīng)典偏移消除技術(shù)的模擬處理鏈進(jìn)行放大、采樣。調節后的模擬信號再通過(guò)ADC（可編程為14bits或15bits）轉換為數字信號，之后這兩個(gè)數字信號再通過(guò)芯片內部的由DSP實(shí)現的反正切函數計算模塊來(lái)計算角度，計算公式為：

　　實(shí)際中x V 和y V 還存在式（1）所示的誤差表達式：

　　MLX90316的偏移誤差、靈敏度誤差和垂直度誤差都會(huì )對輸出的角度信息產(chǎn)生較大的影響。雖然芯片內部使用了動(dòng)態(tài)偏移電壓消除機制，并且可以在一定程度上通過(guò)芯片內置的DSP 模塊來(lái)調整它們之間的正交性，但這些誤差仍會(huì )反應在傳感器的輸出信號上。通常由芯片本身所產(chǎn)生的誤差在0.3度以?xún)取?/P>

　　傳感器輸出的表征當前角度值的信號可以以串行數字通信（SPI）方式輸出，也可再通過(guò)D/A轉換器變回模擬信號，以PWM模式或模擬量形式輸出。為了滿(mǎn)足設計電路的結構簡(jiǎn)單、成本低等要求，這里選擇的是SPI輸出模式，避免了模擬輸入帶來(lái)的額外誤差源。

　　5.系統軟件設計

　　由于MLX90316所獲得的角度信息是以SPI模式輸出的，因此程序設計的關(guān)鍵就是SPI通信的實(shí)現。SP總線(xiàn)接口是一種同步串行外設接口它是是一種由4根信號線(xiàn)構成的串行接口協(xié)議。這4根信號線(xiàn)分別是：時(shí)鐘線(xiàn)（SCK）、數據輸入線(xiàn)（MISO）、數據輸出線(xiàn)（MOSI）和從設備使能線(xiàn)（SS）。SPI接口中，MC9S08DZ60作為主控端，MLX90316作為從屬端。SPI通信模塊主要讓 MC9S08DZ606讀MLX90316輸出的數字信號。

　　SPI的通信過(guò)程為：主控端先輸出一個(gè)0xAA以及一個(gè)0xFF作為通信起始信號，接著(zhù)輸出8個(gè)0xFF，而從端會(huì )同時(shí)輸出2個(gè)0xFF、4個(gè)字節的角度信號以及4個(gè)0xFF，從而完成一次數據通信。具體的通信時(shí)序如圖6所示，軟件流程如圖（7）所示。