用户手册 MLX90316 后端校准
概述本应用手册介绍了 MLX90316 芯片在角度计算（ Arctangent 函数插值）之后对输出的后端校准。
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MLX90316 Tria⊗is 三轴旋转位置传感器
MLX90316 使用入门手册 前端校准应用手册 后端校准应用手册 霍尔应用向导手册
图 1 – MLX90316
Melexis 的 PTC04 编程器
图 2 – MLX90316 框图
MLX90316 后端校准 Rev. 001
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用户手册 MLX90316 后端校准
简介如图 1 和图 2 所示，如果径向磁化的磁铁在 MLX90316 上方旋转， Tria⊗is 霍尔元件将产生两个 正交的信号 cosine(α) 和 sine(α) 。在两个信号都通过芯片级补偿校准后（参见 MLX90316 前端校 准用户手册），将其转换为角度信号 αdig=Arctangent(sine/cosine) 。
MLX90316DSP MLX90316DSP
磁铁角度 角度位置 应用输出
位置 α αdig=Arctan(si 角度输出 αout Vout
n(α)/cos(α)) (0 到 100%)
前端校准 后端校准
接下来 DSP 将计算好的 α 信号转化为输出的 α 值，其中包括对 0 点或者不连续点位置、旋转方 向、角度范围的校准。
得到的输出值要么通过数字输出（ PWM 信号或 SPI ），要么通过模拟输出级产生模拟输出。
从图 4 中可以看出，机械输入角度 α1 和 α2 可以线性的转化为 0 到 100% 内的输出电平。 MLX90316 可以通过 EEPROM 来储存所有关于芯片功能和输出曲线特性（例如 α0 ， α1 ， α2 ， CH ， CL 等等）的参数，从而实现对输出曲线的调整。
图 4 – MLX90316 典型输出曲线的特征
对输出曲线的计算或者所需输出电平与角度位置的对应关系，通过移动应用中的机械位置 α1 和 α2 ，就叫做后端校准。
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调整角度范围和零点位置可编程的零点或者不连续点（ DP ）的位置和可编程的旋转方向使得系统的装配变得简单，安装磁 铁时，不需要将其调整到某个确切的机械位置。
不连续点是在整个 360 度范围内有 15bits 分辨率的可编程值。旋转方向则定义了移动方向与角度 或输出增大的方向的关系。
定义一个新的零点位置可以通过如下方式实现：磁铁旋转到某个机械位置 A ，用户将其设为第一 个基准点，定义其角度为 Ax 输出为 Ay% ，芯片可以读出此位置的实际角度值 αdigA ，通过公式 DP= （ αdigA-Ax ）计算出 DP 的编程值。 DP 值也可以直接更改为任意点的实际角度值或是一个固 定值。
如图 5 所示，角度输入 αdig 可以转化为最多 6 段线性斜率的传输曲线，输出可以在 0 到 100% 间 变化。通过 4 段可编程的正向斜率（例如 S0 ， SA ， SB 和 SC ）可以定义（ 0 度到 360 度）角度应 用范围，但是两段箝位电平必须是平的。
后端校准：减小误差偏移电压、相位以及幅度误差都主要在芯片级进行了修剪和补偿（参见 MLX90316 前端校准用户 手册），而应用中所有由于轴偏移，倾斜以及磁场误差产生的非线性误差则可以通过对输出曲线 的线性化而进行补偿校准。
对于小角度应用（例如 90 度），不考虑由设计和芯片位置（大磁铁将提高误差容忍度）产生的初 始线性误差，后端校准（输出传输曲线校准、输出电平和角度位置校准）将明显减小非线性误 差。推荐使用 3 点校准，当然有时 2 点也能满足条件， 4 点则能进一步减小误差。
图 6 和图 7 显示了通过 2 点和 3 点（ 90 度窗口内的红线和绿线）校准对非线性误差的明显减小。
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在本应用手册中给出的 结果，是考虑了在 360 度范围内，全部的角度 非线性误差（前端误差 加上应用中引入的误 差），使用 SPI 或 PWM 输出模式时即为 最终误差。如果使用模 拟输出，还要加上后端 （ DA 和输出缓冲级） 误差（ INL 、 DNL 和热 漂移）。
图 6 – MLX90316 的角度非线性误差
磁铁角度位置 αA 、 αB 和 αC 与实际输出角度 αdigA 、 αdigB 和 αdigC 的关系如下式所示：
αdigA=αA+εA ， αdigB=αB+εB ， αdigC=αC+εC
结果通过前端和后端的误差校准 后，可以得到右图所示的结 果： DP 位置设为 135deg ， 这样箝位高电平区域和箝位 低电平区域将相同。 注：没有考虑噪声和热误差
图 7 – MLX90316 后端校准后的非线性误差
解算模式EEPROM 的人工控制界面是工程开发的理想工具。但是对于绝大多数应用来说，所有参数都由人 工设置将是非常繁琐耗时的。解算界面为用户提供了 MLX90316 编程半自动的实现方法。这个工 具使用特别开发的算法来选择最符合用户要求的器件参数。在输入了所需的信息后，软件将计算 出与输出传输曲线相关的关键器件参数。
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两点校准的实例（角度跨度为 115deg ）
解算第一步：设置 A 点（ 135deg ， 10% ） DP 值将以 Ax=135deg 来计算得 出， DP= （ αdig,A-135 ）度。根据设 定， Ax 的值始终为确定值。
解算第二步：设置 B 点（ 90% ）
图 8 – 未编程 MLX90316 芯片的输出曲线
第二点 Bx 将基于公式 Bx=Ax+(αdig,B-- αdig,A) 计算得出。 基于公式 A_S=(αout,B- αout,A)/(BxAx)/360 ，并设置斜率 A_S=B_S=S0 。
图 9 – 两点校准后的输出曲线
解算第三步：设置箝位电平
图 10 – 设置箝位后的输出曲线
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