多转传感器本质上是一个磁写入和电子读取存储器与传统的磁角度传感器相结合，以提供高度精确的绝对位置。在“多匝位置传感器提供零功耗的真正上电能力”中描述的磁写入过程需要在特定的操作窗口内保持入射磁场。磁场过高或过低都可能导致写错误。必须仔细设计系统磁铁，并考虑在产品使用寿命期间可能干扰传感器的任何杂散磁场以及机械公差。较小的杂散磁场可能导致测量角度误差，较大的杂散磁场可能导致磁写入误差，直至总匝数误差。

磁参考设计目标

仔细了解系统的要求是必要的，以设计最佳的磁铁和屏蔽。一般来说，系统要求越宽松，实现目标规格所需的磁体解决方案就越大、越昂贵。Devices正在开发一系列磁参考设计，以满足MagIC+多匝传感器客户可采用的各种机械，杂散场和温度要求。第一个设计的覆盖系统具有相对宽松的公差:传感器到磁铁的放置位置为2.45 mm±1 mm，传感器到旋转轴的总位移为±0.6 mm，工作温度范围为-40°C至+150°C，杂散磁场屏蔽衰减大于90%。

磁的考虑

在设计磁体时，需要考虑一些关键因素，以下部分提供了设计GMR传感器时需要考虑的主要方面的高层次视图。

磁铁材料

GMR传感器在限定的磁窗(16mt至31mt)内工作(1);此外，最大和最小工作范围具有热系数(TC)，如图1中的红色迹线所示。选择具有与GMR传感器相匹配的TC的磁铁材料将使工作磁场的允许变化最大化。这允许磁铁的强度和/或磁铁相对于传感器的放置公差有更大的变化。低成本磁性材料，如铁氧体，具有比GMR传感器高得多的TC，与钐钴(SmCo)或钕铁硼(NeFeB)等材料相比，这将限制工作温度范围。

了解所选磁性材料的TC以及由于制造变化而导致的磁场强度变化，可以确定室温(25°C)下所需的磁场强度。然后可以在室温下进行设计模拟，高度确信系统将在整个温度范围内按预期运行。在图1中，实心绿色走线表示磁场强度的窗口，磁铁应设计为在GMR传感器的有源区域上产生磁场强度。由于磁性材料制造过程的变化，该窗口从GMR传感器的最大和最小操作窗口减小。绿色虚线表示由于典型的制造变化>5%而产生的最大和最小期望磁场。

磁体模拟

对磁体内部机械运行环境的模拟可以采取不同的形式。磁体设计常用的仿真方法有两种:解析仿真和有限元分析。解析模拟利用被模拟磁体的体积参数(尺寸、材料)求解磁场，而不考虑周围环境，只假设它在空气中运行。这是一个快速的计算和有用的，当没有邻近的铁磁材料。FEA可以模拟较大的磁性系统中含铁材料的影响，这在将磁铁与杂散磁场屏蔽或靠近磁铁或传感器的铁磁性材料结合时是必不可少的。有限元分析是一个耗时的过程，所以通常从分析分析的基本磁体设计开始。采用有限元法对磁体和杂散场屏蔽的参考设计进行了仿真。

磁铁设计特点

仿真得到的参考设计磁铁由SmCo磁铁和集成的钢杂散场屏蔽组成，如图2所示。磁铁被设计成注塑成型，因此它能够被大量生产。SmCo磁铁的注射成型是常见的，因为它能够产生复杂的形状，它被广泛用于汽车和工业应用。该组件被设计成与直径9毫米的轴过盈配合;然而，修改衬套是可能的，以允许连接到不同尺寸的轴。

磁铁特性

对磁铁组件进行了仔细的表征，以证明GMR传感器的鲁棒磁性解决方案。表征的关键是能够在控制环境中执行从扩展磁铁到传感器放置窗口的磁场强度的详细图。表征成功的关键是对所使用的磁场探针的良好理解和校准。图3显示了在两个不同气隙下测量的磁场强度的示例，在整个工作温度范围和气隙范围内重复这些测量非常耗时，但对于了解磁铁的性能以确保其在所需条件下运行至关重要。

结论

综上所述，参考设计磁铁已被证明可以满足温度为-40°C至+150°C的操作要求，气隙为2.45 mm±1 mm，轴向到传感器的放置公差为±0.6 mm。磁杂散场屏蔽的细节将在后续文章中介绍。

MagIC+多圈传感器是首款集成的真正通电多圈位置传感器，可显著降低系统设计的复杂性和工作量，最终实现更小、更轻、成本更低的解决方案。参考设计将提供给客户，使具有或不具有磁性设计能力的设计人员能够为当前应用程序添加新的和改进的功能，并为许多新应用程序打开大门。

要了解更多关于MagIC+多匝传感器和磁性参考设计的信息，请联系您当地的销售团队，他们将很乐意讨论您的要求和应用。