差分傳感通過消除磁場共模干擾來提高磁傳感器的精度，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在外部磁場和噪聲嚴(yán)重的環(huán)境中非常有效。其設(shè)計通過兩個或多個傳感元件（例如平面霍爾元件或 TMR 元件）測量不同點的磁場，消除外部來源（例如電機(jī)或雜散場）的干擾，并聚焦于目標(biāo)信號。

差分傳感的益處包括：

● 消除對兩個傳感器產(chǎn)生均等影響的外部場干擾；

● 提升信號保真度，聚焦目標(biāo)磁信號以實現(xiàn)精確的測量；

● 提高精度，在汽車和工業(yè)等應(yīng)用中提供精確的讀數(shù)。

1、差分傳感的實現(xiàn)

在電流傳感應(yīng)用中，在載流導(dǎo)體兩側(cè)放置兩個霍爾效應(yīng)傳感器用于檢測磁場，同時消除外部干擾。差分傳感可確保精確的電流測量（尤其是在電動汽車電池系統(tǒng)或電機(jī)控制等復(fù)雜的電磁環(huán)境中），同時提高效率和安全性。

在位置傳感應(yīng)用中，差分拓?fù)淇捎糜诒容^不同點的磁場，從而過濾干擾。但需注意，差分傳感器需要與目標(biāo)磁體同軸對齊，因為離軸磁體也被視為干擾場。

除了上述方法外，還可以將多個霍爾元件集成在單個芯片上，以對稱方式測量導(dǎo)體周圍的磁場，從而提高精度并使傳感器在高 EMI 環(huán)境中有效工作。對需要高精度和高可靠性的應(yīng)用而言，霍爾元件是理想的選擇。

2、差分傳感的應(yīng)用

對于需要在復(fù)雜電磁環(huán)境中實現(xiàn)精確位置傳感的應(yīng)用，差分檢測十分必要。例如，在汽車油門控制應(yīng)用中，采用差分檢測的磁性位置傳感器可以消除發(fā)動機(jī)組件或外部磁源的干擾，確保精確的油門讀數(shù)。在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，差分傳感器可以通過檢測轉(zhuǎn)向柱上的磁體位置精確反饋轉(zhuǎn)向角度，并且不受外部噪聲的影響。此外，機(jī)器人技術(shù)也受益于此，即使在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中，差分位置傳感器也能精確檢測關(guān)節(jié)或運(yùn)動部件的位置。

MPS 傳感器MA900 和 MAQ79010 采用該項技術(shù)在汽車和工業(yè)應(yīng)用中提供精確可靠的位置檢測。

圖 1 所示為 MA900 的典型應(yīng)用。

圖 1：MA900 的典型應(yīng)用

對于電流傳感應(yīng)用，在大電流、強(qiáng)噪聲環(huán)境中，差分電流傳感更加必要。例如在電動汽車或可再生能源系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)（BMS）中，差分電流傳感器可監(jiān)測電池電流，實現(xiàn)高效能源管理。在電機(jī)控制系統(tǒng)中，這些傳感器通過提供精確的電流測量來確保安全高效的運(yùn)行，即使存在電機(jī)噪聲也沒有影響。同樣，在大型機(jī)器會產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾（EMI）的工業(yè)自動化應(yīng)用中，MPS 電流傳感器也能提供精確的電流讀數(shù)。

04、位置傳感的權(quán)衡與局限

差分位置傳感器需要與目標(biāo)磁體精確同軸對準(zhǔn)，才能獲得精確的讀數(shù)。離軸放置情況下，磁體磁場會被誤解為干擾，因而差分位置傳感器在抗干擾的同時犧牲了位置設(shè)計的靈活性。

不均勻的外干擾磁場，如梯度磁場，會影響差分傳感精度，因為這種不均勻性無法被差分檢測抵消。在具有多個磁體或非均勻磁源環(huán)境中需要特別注意這個問題，解決的方法是在梯度最小的區(qū)域放置傳感器或進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)。

05、電流傳感的權(quán)衡與局限

與位置傳感不同，差分電流傳感不需要磁鐵配合、不存在位置的選取，只需要把電流傳感器原邊串入待測電流的回路，所以不存在應(yīng)用方面的權(quán)衡。電流傳感器的差分要求更仔細(xì)的 IC 設(shè)計，通過內(nèi)部設(shè)計，實現(xiàn)精確檢測載流導(dǎo)體周圍的磁場，且抵消外部磁場的干擾。

電流傳感需要考量的關(guān)鍵因素包括：電流量程、原邊電阻（影響功耗和溫升）、精度的溫漂，以及帶寬和傳輸延時。MPS 目前全系列電流傳感器都是基于差分原理的，可根據(jù)實際的需求進(jìn)行選型。

06、用例說明

1、汽車應(yīng)用

磁傳感是電動汽車和高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）創(chuàng)新的關(guān)鍵。差分傳感器是在這類應(yīng)用中提高精確性和可靠性的重要器件。

● 在電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)中，MA900 等傳感器能夠以亞度級精度測量轉(zhuǎn)向角，從而確保順滑的控制；

● 在電池管理系統(tǒng)（BMS）中，電流傳感器能夠以高精度監(jiān)控充電和放電過程，即使環(huán)境嘈雜也不受干擾；

● 在牽引電機(jī)控制系統(tǒng)中，差分電流傳感器可提供實時電流測量，從而優(yōu)化電動汽車的電機(jī)效率和安全性。

汽車應(yīng)用中的差分傳感器能夠提升系統(tǒng)控制能力、延長電池壽命，可以在嘈雜的環(huán)境中可靠運(yùn)行，以及保證在低功耗模式下的高效性能、延長電動汽車的行駛里程。

2、消費(fèi)類（低功耗）應(yīng)用

消費(fèi)電子產(chǎn)品對緊湊型、低功耗的傳感器需求也日益增長，MPS 差分傳感器是滿足這些需求的絕佳解決方案，常見的應(yīng)用有：

● 游戲手柄和搖桿；

● 智能手表和健身追蹤器等可穿戴設(shè)備中的旋鈕檢測；

● 家庭自動化領(lǐng)域中，智能鎖和監(jiān)控攝像頭的角度檢測。

在低功耗的消費(fèi)類應(yīng)用中，差分傳感器作為一種節(jié)能傳感器不僅可延長器件電池壽命，緊湊的外形還可在空間受限設(shè)備中實現(xiàn)更小的設(shè)計。且磁傳感是一種非接觸式傳感方式，不存在機(jī)械損耗，能使產(chǎn)品具有更長的使用壽命。

3、醫(yī)療應(yīng)用

差分傳感器在要求很高的醫(yī)療環(huán)境中也可提供高精度和高可靠性：

● 在具有強(qiáng)磁場的磁共振成像儀（MRI）中，差分傳感器也能夠提供精確的電流傳感；

● 在假肢和可穿戴設(shè)備中，差分傳感器能夠以高精度控制并監(jiān)測運(yùn)動和康復(fù)鍛煉；

● 在手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用中，在多軸緊密靠近的情況下，差分傳感器仍可具備亞毫米級的定位能力。

07、新興技術(shù)

磁傳感技術(shù)正在快速發(fā)展，以滿足汽車、醫(yī)療和消費(fèi)電子等領(lǐng)域?qū)?、效率和適應(yīng)性日益增長的需求。下面列出了磁傳感技術(shù)的一些重大進(jìn)步：

● 更高精度和分辨率的角度傳感器，以滿足各種不斷提升的應(yīng)用需求，如自動駕駛應(yīng)用；

● 能夠檢測多軸（X、Y 和 Z）磁場強(qiáng)度的傳感器，從而適配更復(fù)雜的應(yīng)用，例如機(jī)器人和增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）中的 3D 定位；

● 具有更高靈敏度和更低固有噪聲的隧道磁阻（TMR）等新型磁傳感器技術(shù)，可以將精度和帶寬提升到新的高度。

08、行業(yè)趨勢

對精確磁傳感的需求是應(yīng)用復(fù)雜性不斷增加的直接結(jié)果。例如在汽車行業(yè)，自動駕駛汽車和 ADAS 依靠精確的磁傳感器來實現(xiàn)車道保持并避免碰撞；在醫(yī)療領(lǐng)域，MRI 儀器和機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)需要高精度以確保安全性和治療效果；工業(yè)自動化領(lǐng)域的機(jī)械臂和傳送系統(tǒng)也需要精確感應(yīng)，從而提高效率并減少誤差。

微型化和成本降低的需求推動了磁傳感技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新。尺寸更小的傳感器能夠被集成到緊湊型系統(tǒng)（例如可穿戴設(shè)備和無人機(jī)）中，同時又不犧牲精度。對于醫(yī)療可穿戴設(shè)備和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）系統(tǒng)等設(shè)備，節(jié)能傳感器在延長電池壽命方面起到了關(guān)鍵的作用，并進(jìn)一步推動了低功耗設(shè)計方面的創(chuàng)新。

結(jié)語

對于外部磁場干擾會影響精度和性能的汽車、工業(yè)自動化和醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)來說，磁傳感技術(shù)非常重要。

MPS 位置傳感器（例如 MA900 和 MAQ79010FS）和電流傳感器中應(yīng)用了差分傳感拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可消除共模噪聲并確保器件可靠、高精度的運(yùn)行。

未來，降噪、小型化和材料科學(xué)方面的進(jìn)步將進(jìn)一步推動磁傳感技術(shù)的創(chuàng)新，從而滿足對傳感器精度更高、功耗更低和尺寸更小的需求。從電動汽車到醫(yī)療可穿戴設(shè)備，磁傳感器在這些應(yīng)用中將變得越來越重要。

審核編輯 黃宇