三轴霍尔传感器在游戏手柄中的成功应用

摘要

在传统的游戏手柄中，大多采用电位器进行位置检测。得益于传感器技术发展，游戏手柄的位置检测，可以采用非接触霍尔位置传感器，MLX90316已经成功应用在游戏手柄中。采用该方案，游戏手柄控制更灵活，使用寿命更长。

检测原理

MLX90316芯片是CMOS霍尔传感器，可以输出与芯片表面平行磁场的角度位置信息。其目的是为了实现在各应用领域中频繁需求的非接触式旋转角度传感。当小型磁铁（径向磁化）在芯片表面上方旋转时，MLX90316芯片可以感应其绝对的角度位置。

芯片内的集磁片（IMC）可以将平行作用于芯片表面的磁场集中起来，并在IMC结构的边缘产生正比于磁场的垂直分量，再通过两对位于IMC下方的传统平面霍尔元件来测量此信号。这两对霍尔元件的放置方向相互垂直，并都平行于芯片表面（X和Y方向），通过这样的结构可以将实际角度编码为两个相位差为90度的正弦信号（cos和sin信号）。感应到的这两个正比于磁场强度的信号（Vx和Vy）将被放大、采样、转换为数字信号。这两个数字信号将通过反正切函数来计算角度，反正切函数是通过查找表（look-up table）的方式来实现的。     当前角度值的数字信号再通过DA转换器变回模拟信号。最后的输出信号可以在模拟输出、PWM输出以及串行数字通信（SPI）中选择。输出传输曲线是完全可编程的（例如，偏移值、增益、箝位电平等参数都可编程）。MLX90316芯片的典型应用如右图所示。MLX90316芯片可以非接触式的感应在360度内的旋转位置。其功能框图和典型应用图如下图：

 图1.MLX90316位置传感器功能框图

图2.MLX90316应用图

硬件电路设计

在游戏手柄中，主控制器可以采用模拟或者PWM输入方式，对传感器位置进行检测，通过UART/SPI/USB接口，或者通过无线(Wireless)模块传送给主机。

图3.系统组成框图

1.MLX90316设计电路

在芯片的设计电路中，电路设计是比较简洁，如图4。

图4 MLX90316设计电路

2.MLX90316磁铁选择

在选择位置旋转的磁铁中，是对直径充磁，强度20mT到70mT；对磁铁和芯片位置确定后，可根据位置与磁铁强弱，通过PTC-04进行编程设定增益，满足设计要求。同时，可以选择模拟、PWM、SPI输出模式，通过PTC-04进行设置。

软件设计

在软件设计方面，主要包括数据初始化、MLX90316位置检测读取、将数据处理后进行输出。

图5:软件设计流程图        

         

全文总结

世强代理的迈来芯MLX90316，适用于工业、汽车、消费类非接触位置传感器，可靠性高，响应速度快。产品主要特点如下：

• 绝对角度位置传感器芯片

• 简单且稳定的磁路设计

• Triaxis（三轴）霍尔技术

• 360度范围内可编程

• 可编程的线性传输特征曲线

• 可选择输出模式为模拟（正比于电源）、PWM或者SPI

• 12 bit的角度分辨率 

• 10 bit的角度精确度（考虑温度影响）

• 40 bit ID代号

• 单片– SO8 封装 

• 双片集成（完全冗余）– TSSOP16 封装