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33 - ELETTRONICA OGGI 488 - SETTEMBRE 2020 ANALOG/MIXED SIGNAL INDUCTIVE SENSING Mito #2: i sensori induttivi di posizione non sono precisi Questo è un mito facile da sfatare perché i sensori in- duttivi di posizione sono molto precisi, fornendo eccel- lenti prestazioni anche a temperature più elevate, dove altri sistemi basati su magneti danno adito a problemi. Il motivo principale dell’accuratezza dei sensori in- duttivi di posizione deriva dal fatto che non si basano sulla natura, non lineare, del magnete permanente ma ricercano esclusivamente il disturbo del campo ma- gnetico auto-generato. Di conseguenza, a temperatura ambiente è possibile ottenere errori inferiori a +/- 0,1 percento nell’intero intervallo di misura. In presenza di variazioni di temperatura e del traferro tra target e sensore è possibile ottenere errori inferiori a +/- 0,3 percento. Senza dimenticare che l’intero algoritmo è progettato per eliminare le variazioni di temperatura o minimizzarne l’effetto. Ad esempio, il sensore di po- sizione induttivo ecciterà il campo magnetico a una frequenza compresa tra 1 e 6 MHz, ma utilizzando un oscillatore LC. Entrambe queste quantità possono ov- viamente variare con la temperatura, ma ciò non ha alcun impatto sulla posizione. Il motivo è che i cana- li di ricezione secondari utilizzano la demodulazione sincrona (Fig. 2), che è una funzione dell’oscillatore primario. Questa deriva non avrà quindi alcun impatto sull’ampiezza dei segnali ricevuti. Oltre alla temperatu- ra, oggetti metallici nelle vicinanze del sensore posso- no avere un impatto sul campo magnetico. La conseguenza è che si rende necessario un certo livello di calibrazione, ma la calibrazione non cambia con la temperatura. Ad esempio, LX3302A di Micro- chip Technology utilizza otto segmenti di calibrazione. Anche ADC a 13-bit e i processori a 32 bit aiutano ad eliminare qualsiasi errore di calcolo e di quantizzazio- ne che può verificarsi, fornendo 12 bit di risoluzione di uscita nell’intervallo di misura. Mito #3: i sensori induttivi di posizione sono costosi Anche se ottenere alte prestazioni a un costo ragione- vole non è un’impresa semplice, nel caso dei sensori induttivi è possibile conseguire tale obiettivo. Mentre i sensori ad effetto Hall e i magneto-resistivi richiedono che un magnete permanente sia fabbricato con tolle- ranza e intensità adeguate per ottenere una precisione accettabile, i sensori induttivi hanno bisogno solo di un pezzo di metallo come target, risparmiando all’u- tente il prezzo del magnete. Anche se la scheda PCB dovrà avere dimensioni mag- giori per instradare le tracce del sensore, il costo è sensibilmente inferiore rispetto a quelli di un magne- te. Inoltre, se vi è dello spazio aggiuntivo sulla scheda PCB, questa porzione di spazio può essere già dispo- nibile. Pertanto, il sensore di posizione induttivo è una soluzione più economica rispetto a quelle ad effetto Hall e alle soluzioni magneto-resistive, perché permet- te di rilevare il campo magnetico senza ricorrere a un magnete. Mito #4: i sensori induttivi di posizione sono sensibili ai campi magnetici esterni Le macchine automatiche odierne stanno creando un gran numero di campi elettrici dispersi (Fig. 3), cau- sando problemi con i sensori ad effetto Hall e con i sensori magneto-ricettori. I sensori induttivi di posi- zione utilizzano la demodulazione attiva per respinge- re questi campi dispersi. Le auto elettriche di prossima generazione possono avere diverse centinaia di ampere che fluiranno dal- le batterie ai motori utilizzati per la trazione.Inoltre, la maggior parte delle auto ha più di tre motori brushless DC (BLDC) per spostare l’auto, il servosterzo elettro- nico e il motore di assistenza alla frenata. Tutti questi sistemi generano campi magnetici dispersi. A causa del rapido aumento di questi ultimi, le nuove specifiche richiedono ulteriori test di immunità a cam- pi magnetici più elevati. Nel settore automobilistico, l’elettronica delle auto è ora soggetta ad un campo DC di intensità pari a 4mT durante la qualificazione EMC, e non possono verificarsi false letture in nessuno dei sensori safety-critical, servosterzo, pedale dell’accele- ratore, posizione del rotore di trazione. Il rilevamento induttivo della posizione è immune a questi rumori perché filtra attivamente solo la frequenza per la quale è richiesto il rilevamento. Poiché i sensori induttivi di posizione non utilizzano alcun materiale magnetico, non rilevano alcun cam- po magnetico DC. In altre parole, la legge di Faraday è zero nel caso di un campo magnetico statico. Inoltre, il demodulatore sincrono sopra descritto filtra le altre frequenze superiori e inferiori alla frequenza primaria di eccitazione, un’operazione più o meno analoga alla selezione di una stazione radio AM quando l’antenna rileva l’intera banda AM. Questo stesso tipo di reiezio- ne non è possibile con i sensori a effetto Hall e con i magneto-resistivi. Fig. 2 – Esempio di demodulatore sincrono