磁傳感是一項重要的現代傳感技術。它不僅可以提高位置傳感和電流傳感應用的性能，還能縮小產品尺寸并降低成本。

對于位置傳感，磁傳感器提供了一種非接觸式的解決方案，這減小了系統尺寸，降低了系統復雜性和維護量，因此是汽車、機器人和工業自動化等應用的理想選擇；

對于電流傳感，磁傳感器則通過固有電流隔離確保了安全、精確的測量，它尤其適用于太陽能、變速驅動器、電動汽車充電和電機控制等大功率應用。

隨著各行各業對更小、更精確的抗干擾傳感器的需求不斷增加，差分傳感對于在雜散磁場無可避免的環境中提升傳感器精度至關重要。

MPS 位置傳感器產品，如 MA900 和 MAQ79010FS，就利用差分傳感技術實現了關鍵應用精度與可靠性的提升！

01、磁傳感精度的重要性

汽車、機器人、航空航天和醫療等行業對傳感解決方案的精度要求越來越高。精確的測量對于實現高安全性和高效率也愈加重要。尤其是在電動汽車（EV）等應用中，精確的電流傳感對電池管理和電機驅動十分關鍵，即使是微小的誤差也可能導致效率低下甚至系統故障。隨著系統復雜性越來越高，對精度的要求也越來越嚴格，有些應用甚至要求亞度級的角度傳感精度和 1% 至 2% 的電流傳感精度。

滿足這些標準是極具挑戰性的，因為提高靈敏度會使傳感器更易受到噪聲的影響。此時就需要用到差分傳感、噪聲消除和屏蔽改進等技術。溫度的穩定性也很重要，比如在汽車應用中，傳感器讀數會隨著溫度的變化而漂移。此外，隨著傳感器越來越小以適應緊湊型系統集成，要在不受干擾的情況下保持精度也越來越難。尤其是在消費電子產品中，在高性能與成本控制之間取得平衡成為一項關鍵挑戰。

02、磁傳感中的干擾源

磁傳感器很容易受自然和人為外部磁場的干擾。甚至地球磁場都可能帶來干擾，使高精度應用中的測量讀數失真。此外，電機定子的漏磁通也會干擾附近的傳感器，因此需要屏蔽或差分傳感。如果傳感器附近存在鐵磁材料，磁場將會被進一步扭曲，并導致測量精度下降。

在大電流系統中，磁傳感的其他干擾源還包括電感和變壓器等載流元件產生的磁場。多相電機中鄰相目標磁體間也可能相互干擾，從而產生噪聲并使位置傳感復雜化。

03、差分傳感拓撲

差分傳感通過消除磁場共模干擾來提高磁傳感器的精度，這種拓撲結構在外部磁場和噪聲嚴重的環境中非常有效。其設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（例如電機或雜散場）的干擾，并聚焦于目標信號。

差分傳感的益處包括：

● 消除對兩個傳感器產生均等影響的外部場干擾；

● 提升信號保真度，聚焦目標磁信號以實現精確的測量；

● 提高精度，在汽車和工業等應用中提供精確的讀數。

1、差分傳感的實現

在電流傳感應用中，在載流導體兩側放置兩個霍爾效應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或電機控制等復雜的電磁環境中），同時提高效率和安全性。

在位置傳感應用中，差分拓撲可用于比較不同點的磁場，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，以對稱方式測量導體周圍的磁場，從而提高精度并使傳感器在高 EMI 環境中有效工作。對需要高精度和高可靠性的應用而言，霍爾元件是理想的選擇。

2、差分傳感的應用

對于需要在復雜電磁環境中實現精確位置傳感的應用，差分檢測十分必要。例如，在汽車油門控制應用中，采用差分檢測的磁性位置傳感器可以消除發動機組件或外部磁源的干擾，確保精確的油門讀數。在電動助力轉向系統中，差分傳感器可以通過檢測轉向柱上的磁體位置精確反饋轉向角度，并且不受外部噪聲的影響。此外，機器人技術也受益于此，即使在強電磁干擾環境中，差分位置傳感器也能精確檢測關節或運動部件的位置。

MPS 傳感器MA900 和 MAQ79010 采用該項技術在汽車和工業應用中提供精確可靠的位置檢測。

圖 1 所示為 MA900 的典型應用。

圖 1：MA900 的典型應用

對于電流傳感應用，在大電流、強噪聲環境中，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的電池管理系統（BMS）中，差分電流傳感器可監測電池電流，實現高效能源管理。在電機控制系統中，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行，即使存在電機噪聲也沒有影響。同樣，在大型機器會產生嚴重電磁干擾（EMI）的工業自動化應用中，MPS 電流傳感器也能提供精確的電流讀數。

04、位置傳感的權衡與局限

差分位置傳感器需要與目標磁體精確同軸對準，才能獲得精確的讀數。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域放置傳感器或進行系統校準。

05、電流傳感的權衡與局限

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，所以不存在應用方面的權衡。電流傳感器的差分要求更仔細的 IC 設計，通過內部設計，實現精確檢測載流導體周圍的磁場，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，可根據實際的需求進行選型。

06、用例說明

1、汽車應用

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

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

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

● 在牽引電機控制系統中，差分電流傳感器可提供實時電流測量，從而優化電動汽車的電機效率和安全性。

汽車應用中的差分傳感器能夠提升系統控制能力、延長電池壽命，可以在嘈雜的環境中可靠運行，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、消費類（低功耗）應用

消費電子產品對緊湊型、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，常見的應用有：

● 游戲手柄和搖桿；

● 智能手表和健身追蹤器等可穿戴設備中的旋鈕檢測；

● 家庭自動化領域中，智能鎖和監控攝像頭的角度檢測。

在低功耗的消費類應用中，差分傳感器作為一種節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備中實現更小的設計。且磁傳感是一種非接觸式傳感方式，不存在機械損耗，能使產品具有更長的使用壽命。

3、醫療應用

差分傳感器在要求很高的醫療環境中也可提供高精度和高可靠性：

● 在具有強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；

● 在假肢和可穿戴設備中，差分傳感器能夠以高精度控制并監測運動和康復鍛煉；

● 在手術機器人應用中，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

磁傳感技術正在快速發展，以滿足汽車、醫療和消費電子等領域對精度、效率和適應性日益增長的需求。下面列出了磁傳感技術的一些重大進步：

● 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用需求，如自動駕駛應用；

● 能夠檢測多軸（X、Y 和 Z）磁場強度的傳感器，從而適配更復雜的應用，例如機器人和增強現實（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，可以將精度和帶寬提升到新的高度。

08、行業趨勢

對精確磁傳感的需求是應用復雜性不斷增加的直接結果。例如在汽車行業，自動駕駛汽車和 ADAS 依靠精確的磁傳感器來實現車道保持并避免碰撞；在醫療領域，MRI 儀器和機器人手術系統需要高精度以確保安全性和治療效果；工業自動化領域的機械臂和傳送系統也需要精確感應，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的進一步創新。尺寸更小的傳感器能夠被集成到緊湊型系統（例如可穿戴設備和無人機）中，同時又不犧牲精度。對于醫療可穿戴設備和工業物聯網（IoT）系統等設備，節能傳感器在延長電池壽命方面起到了關鍵的作用，并進一步推動了低功耗設計方面的創新。

結語

對于外部磁場干擾會影響精度和性能的汽車、工業自動化和醫療設備等行業來說，磁傳感技術非常重要。

MPS 位置傳感器（例如 MA900 和 MAQ79010FS）和電流傳感器中應用了差分傳感拓撲結構，可消除共模噪聲并確保器件可靠、高精度的運行。

未來，降噪、小型化和材料科學方面的進步將進一步推動磁傳感技術的創新，從而滿足對傳感器精度更高、功耗更低和尺寸更小的需求。從電動汽車到醫療可穿戴設備，磁傳感器在這些應用中將變得越來越重要。

審核編輯 黃宇