3D-Magnetfeld-Sensor-Chip

Magnetsensor misst die x-, y- und z-Komponenten gleichzeitig

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Die Architektur und Hauptmerkmale des Bauteils

Die Sensorarchitektur besteht aus drei Hauptfunktionseinheiten (Bild 2): Power-Mode-Steuerungseinheit, Sensoreinheit und Kommunikationseinheit. Die Power-Mode-Steuerungseinheit dient der Energieverteilung im integrierten Schaltkreis. Sie steuert auch den Einschaltvorgang des Sensors.

Die Sensoreinheit enthält die vertikalen und horizontalen Hall-Platten und einen Temperatursensor. Die Sensoreinheit nimmt Messungen des Magnetfelds in x-, y- und z-Richtung vor. Jede x-, y- und z-Hall-Platte ist hintereinander an einen Multiplexer geschaltet, der an den Analog-Digital-Wandler angeschlossen ist. Der Temperatursensor ist ebenfalls mit dem Multiplexer verbunden und lässt sich optional aktivieren. Die Gesamtstromaufnahme verringert sich um etwa 25 %, wenn die Temperaturmessung deaktiviert ist.

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Der Mikrocontroller kann in jedem Power-Modus auf die Kommunikationseinheit mit der I2C-Schnittstelle und den Registerdateien zugreifen, um Registerwerte auszulesen. Die Werte für die drei Achsen und die Temperatur werden in separaten Registern gespeichert. Die Schnittstelle erfüllt die I2C-Fast-Modus-Spezifikation (400 kBit/s). Mit einem speziellen elektrischen Aufbau lassen sich auch Datenraten von 1 MBit/s und mehr erreichen. Der Sensor kann gemäß den Richtlinien des I2C-Protokolls auch in einem I2C-Bus mit anderen Geräten genutzt werden. Der Einsatz eines Kommunikationsbussystems sorgt für einen geringeren Verdrahtungsaufwand und eine Steuerung durch den Mikrocontroller (Bus-Master). Die Standardbusadresse des TLV493D-A1B6-Sensors ist herstellerseitig eingestellt. Beim Einschalten ist die Adresse über den Adress-Pin änderbar. Die neue Adresse ist während des Betriebs gültig und wird erst beim Unterbrechen der Stromversorgung auf die Werkseinstellung zurückgesetzt.

Der TLV493D-A1B6 bietet bei der 3D-Magnetfelderkennung eine 12-Bit-Datenauflösung für jede Messrichtung. Dies ermöglicht eine hohe Datenauflösung von 0,098 mT/Bit (LSB, Last Significant Bit). So sind sogar die kleinsten Bewegungen messbar.

Lineare Magnetfeldmessungen (B) von Bx, By und Bz sind für den großen linearen Feldbereich von +/-150 mT möglich. Dadurch lässt sich auch eine lange magnetische Bewegung erfassen. Der große Messbereich sorgt außerdem für ein einfaches, robustes und flexibles Magnetschaltungs-Design.

Durch die Verwendung von vertikalen Hall-Platten für beide planaren Magnetfeldkomponenten (x- und y-Richtung) erzielt der Sensor eine magnetische Genauigkeit von +/-2%, sodass präzise Winkelmessungen möglich sind.

Der für Industrie- und Konsumanwendungen entwickelte TLV493D-A1B6-Sensor kann mit einer Spannung von 2,7 bis 3,5 V und in einem Temperaturbereich von –40 bis +125 °C betrieben werden und ist nach der Industrienorm JESD47 qualifiziert.

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