PNI自成立之初，就專注于為精確磁導航和定位研究領域提供先進的產品和技術支持服務，多年來推出了一系列性能出色的產品，包括各類電子羅盤和磁元件。PNI不僅在磁導航方面擁有領先的算法開發經驗，而且其MI（磁感）傳感器至今仍是世界上精度最高的磁感元件。下面我們一起來揭開，這樣一款高精度的磁傳感器背后工作的“秘密”。

圖1：PNI磁傳感器元件及ASCI驅動芯片

圖2是PNI磁感式（MI）傳感器的實際簡要應用電路。這是一個典型的LR振蕩電路，其中，電感元件由傳感器中的高磁導率磁芯和纏繞在其四周的螺旋管組成，電阻則需要用戶提供。除此之外，電路中還有一個用于狀態切換的施密特觸發器。

圖2：PNI磁傳感器典型應用電路圖
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當圖中電路接通電源后，由物理規律可知，傳感器處的磁場強度H由兩部分組成：一部分是外界磁場強度HE；另一部分則是電流所產生的，大小與電流成正比，可表示為k0I（k0為常數）。所以，可以得到如下關系式：

H=HE+k0I

在圖2的工作電路中，假設施密特觸發器的閾值電壓為VH，并且當輸入電壓（A點電壓）為0或某個小于閾值電壓的值VL時，觸發器的邏輯狀態降為“1”，同時輸出大小為VS的電壓信號。在此條件下，電路中傳感器兩端的電壓會逐漸增加，直到A點的電壓上升到VH時，觸發器的邏輯狀態會轉換為“0”，從而使得傳感器上的電壓又開始慢慢減小。如圖3，上半部分所示為是施密特觸發器邏輯狀態波形圖，下半部分為A點處的實際電壓變化波形圖。

圖3：振蕩電路輸出波形與觸發器邏輯狀態變化圖
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圖4是磁性物質的磁導率μ與磁場強度H的關系。正如圖2所示，電路中的偏置電阻Rb和以及觸發器的參數特性均經過挑選，從而使得傳感器在受到正向或負向電壓驅動時，所產生的磁場強度能處于圖5所示的虛線區域中。注意當沒有外界磁場時，無論是正向或負向驅動，都能得到相同波形圖。

圖4：磁導率與磁場強度關系

圖5：無外部磁場環境下振蕩電路輸出波形與磁場強度關系

當將外界磁場HE（如地球磁場強度）也一起考慮進來時，圖5中正向驅動和負向驅動的情況都會受到影響。由于HE的方向一定，從而導致圖5中的磁場范圍向同一方向發生移動。結果是一種情況下的磁導率增加，另一種情況下減小。從而導致兩種情況下的電感系數不再相同，振蕩電路的電壓波形周期τ也隨之增大或減小，如圖6所示。

圖6：存在外部磁場情況下震蕩電路輸出波形與磁場強度關系

然后分別通過測量在正向電壓和負向電壓情況下，相同數量的波形周期時間，并進行對比和計算，就能夠得到外部的磁場強度HE。

PNI磁傳感器的優點：

數字輸出。PNI磁傳感器的ASIC芯片可直接輸出與磁場大小相關的數字信號，不像其他模擬信號輸出的產品，需要額外的放大器和模數轉換器等硬件。

高分辨率，分辨率可達10NT。其他同類的產品很難做到，或要花費相對高昂的代價才能實現。

低功耗。傳感器的功耗與采樣率有關，如當采樣率為8Hz時，傳感器的功耗在1.5mW左右，300Hz時，功耗在7.5mW。而一般的MR（磁阻）傳感器的功耗普遍在15mW到30mW。

溫度性能好，無磁滯效應。傳感器的正/反向電壓驅動的設計原理，從根本上杜絕了磁滯效應的影響。而傳感器由于溫度影響而帶來的輸出誤差，也在正負方向上相互抵消。

審核編輯：符乾江