磁阻传感器的系统仿真——赛斯维传感器网-pg电子游戏官网官方网站

　　系统仿真

　　要开发传感器系统，首先必须对预期的磁输入信号有一个总体了解。首先要了解编码器轮和传感器头上永磁体的标准规格，以及预期尺寸和公差。通过 ansys 方法进行 fem 仿真可确定磁场。这里就有对编码器轮、pg电子游戏官网官方网站-pg电子竞技平台元件和磁体进行建模的问题(图 5)。然后便可根据传感器元件和编码器轮之间的距离，确定与之呈函数关系的磁场强度。图 6 是传感器桥上的磁输入信号与距离呈函数关系的三维图示。很容易看出输入信号呈正弦曲线，信号振幅随距离增加而明显减小。除了距离之外，位置偏离也会导致振幅减小。例如，如果传感器头不在编码器轮前面的中心位置，那么信号振幅也会减小。根据 fem仿真方法，这样也可将机械规范转化成预期磁变量。与气隙变化不同，倾斜会导致偏移，这同样会影响系统的正常运转。fem 仿真也可以预估其造成的影响(图 7)，而且结果可直接转化为可容许的位置公差。

　　确定磁场之后是pg电子游戏官网官方网站-pg电子竞技平台系统仿真。amr 元件的电阻变化是各向异性磁阻效应的直接结果。这样，磁场仿真的结果会导致代表信号处理中输入信号的电阻发生变化。对模拟前端进行建模可采用 simulink。这种行为模型是概念设计的产物，标志着产品开发的起点。每个 simulink 块对应一个模拟信号处理组件，例如放大器或过滤器。但是，尚未考虑模拟组件的控制部分，这由数字系统实现。hdl 设计则仿真通过数字方法实现的功能，而且在完成产品开发之后就会最终成形。因此，整体系统仿真是 simulink 对模拟组件的行为模型以及modelsim 对 hdl 设计的共同仿真(图8)。可通过仿真从概念阶段顺利过渡到hdl 设计及后续阶段。在共同仿真中，可用 modelsim 中部署的 verilog 代码逐渐代替 simulink 参考模型，从而可逐项验证 hdl 设计。可持续进行此过程，直到在 verilog 中实现整个数字部件，而模拟系统部件仍保持为 simulink模型。此工具组合也已证明对 ic 评估同样有用。自始至终使用这种工具可以更容易理解 ic 行为，并可创建用来分析和解释任何错误的框架。这些工具的主要好处在于，能够更快速、更准确地答复客户的查询，以及更好地了解与环境条件相关的传感器功能。

图 6 与传感器头和编码器轮间距离呈函数关系的磁输入信号模拟

图 7 为确定可容许的位置公差而进行的磁场计算

图 8 模拟前端和数字块的共同仿真

　　结论

　　通过此项建模，可以分析与输入信号呈函数关系的系统行为。图 9 中的第一张图表显示通过改变pg电子游戏官网官方网站-pg电子竞技平台和编码器轮之间的距离而产生的磁输入信号。此信号是有限元件仿真结果，之后 amr 效应可将此信号转化成传感器桥的电输出信号。中间的图表是模拟信号处理的结果。下面一张图表显示输出信号。此器件使用 a 7/14/28 ma 协议。这种协议可用来传送额外信息，例如感测旋转或气隙长度。除了这些结果之外，也可以检查数字控制的运行情况。图 10 显示的是modelsim 中的信号图象实例。

　　通过matlab 进行仿真控制并结合其他仿真器可创造更多选择。首先，例如可使模拟自动化。然后可以使用大量算法在 matlab 中进行信号仿真。例如，对所需系统和信号参数进行蒙特卡罗 (monte carlo) 仿真，随后进行自动化分析。

　　通过 fem 仿真器(例如 nasys)，可以扩展所仿真的系统组件，甚至包括 mr 传感器头和相关编码器，从而将系统视图扩展到传感器周围直接相关的区域。图11 显示的是用于此目的的整个工具链。

图 9 模拟结果：电输出信号比对磁输入信号

图 10 数字系统元件的仿真

图 11 完整的仿真链

　　总结

　　许多汽车应用中都采用基于 amr 效应的现代智能传感器。对传感器系统的要求自然会因应用而异。在部署整个系统之前先进行系统仿真可确保各项功能符合规范。假设发现磁变量、机械变量和电变量之间存在复杂的相互影响，只用一件简单的仿真工具不能解决问题。此时需要结合使用不同工具，每件工具都是针对特定任务的最佳pg电子游戏官网官方网站的解决方案。因此使用磁场仿真器来确定磁输入信号，同时simulink对模拟输入进行仿真。hdl设计之后对模拟部件进行数字控制仿真。最终整个系统实现全面仿真。建模已成为预开发的一部分，并随着产品开发的进程不断优化改进。最后就会得到经过验证确认符合产品规范的设计，以及可用来解决后续问题的模型，作为市场支持的一部分。

　　转载请注明来源：赛斯维传感器网（pg电子游戏官网官方网站-pg电子竞技平台）