Как правильно используется функция размагничивания в микросхеме 3-осевого цифрового компаса HMC5883L?

Я знаю, что это старая тема, но я столкнулся с ней, пытаясь решить проблему с компасом моего квадрокоптера. Я думаю, что путаница с «размагничиванием» HMC5883L происходит из-за двух функций, связанных со схемой ремешка/H-моста. Одной из функций является самотестирование, при котором перемычка/H-мост генерирует 1,1 Гс при силе тока 10 мА; вторая функция схемы - подавать импульс гораздо более высокого тока для «размагничивания». Этот ток поступает от внешнего конденсатора (номинально 0,22 мкФ) и предполагается, что он достаточно высокий и кратковременный (обратите внимание на требования к конденсатору с низким ESR). Также кажется (хотя и менее ясно из таблицы данных), что датчик «импульсирует», затем считывает, а затем «импульсно сбрасывает». и считывают снова, и два считывания вычитаются для учета остаточного магнетизма и температурного дрейфа. Это означало бы, что действие «размагничивания» происходит для каждого чтения. Казалось бы, это предполагает, что это не может быть задано по запросу, а происходит автоматически как часть каждого чтения. Что мне сейчас интересно, насколько хорошо действительно работает внутренняя функция размагничивания, если чип подвергается воздействию очень высоких полей и сколько времени требуется (сколько циклов чтения) для работы (при условии, что я правильно понимаю операцию).

Почему это называется размагничиванием...

Размагничивание традиционно считается процедурой размагничивания. Здесь это уместно, но вы должны думать об этой намагниченности с точки зрения ее наложенных друг на друга компонентов.

Рассмотрим этот магнит в магнитном поле:

Это то, что испытывают сенсорные элементы в земле (или другом внешнем поле). «Измерение» на самом деле представляет собой отклонение стрелки от известной контрольной точки (в данном примере это центр шкалы) до точки на шкале, созданной силой внешнего поля (полей).

Если с течением времени прикладывать постоянное (или неравное) внешнее поле, со временем «пружина» потеряет некоторую возвращающую силу (натяжение). Если вы затем уберете внешнюю силу, игла не вернется полностью в центр.

В случае магниторезистивного устройства эквивалентом является сдвиг вектора магнитного выравнивания. Домен субатомных частиц выравнивается с исходным полем, и когда вы добавляете дополнительное поле, частицы ориентируются в сторону от этого домена, изменяя электрическое сопротивление устройства.

Однако, как и в случае с механической пружиной, длительное постоянное воздействие приводит к постепенной перестройке исходной области, и датчик перестает обнаруживать внешнее поле как отличное от эталонного «исходного».

Чтобы исправить это, присутствуют размагничивающие катушки, которые обеспечивают сильный локальный импульс (мгновенную силу) для устранения любого из этих внешних воздействий и возврата магнитного домена к его первоначальному выравниванию, тем самым повторно калибруя преобразователь.

Таким образом, в некотором смысле это размагничивает устройство... повторно намагничивая его до исходной ориентации и удаляя избыточную намагниченность.

Использование в магниторезистивных приложениях

Актуальную процедуру активации катушек размагничивания для любого конкретного устройства можно найти в техническом описании. Обычно он состоит из двух линий, которые управляются в противоположном направлении, чтобы пропустить ток в одном направлении через катушку, а затем в обратном направлении, меняя полярность двух сигналов. Часто в части между управляющим контактом (выводами) и фактической катушкой (катушками) есть внутренний усилитель, так что входы могут безопасно оставаться с высоким импедансом и не потреблять слишком много тока от того, что управляет управляющими контактами (типично микроконтроллер). .

Более сложные вопросы заключаются в том, когда и как часто выполнять эту процедуру - это суть вопроса и источник разочарования ОП.

Спецификации не содержат ответов на эти вопросы, поскольку они относятся к конкретным приложениям . Операции размагничивания требуют больших затрат энергии и помех (ЭМС). Вам нужно размагничивать, когда ваш датчик теряет достаточную производительность, что влияет на ваше приложение.

Производительность – это сочетание чувствительности и терпимости. Скорость, с которой датчик дрейфует (теряет чувствительность или добавляет смещение), зависит от окружающей среды (насколько сильными и несбалансированными являются внешние поля). Величина дрейфа (ошибки), которую вы считаете допустимой, зависит от вашего приложения (насколько глубок ваш уровень шума АЦП, насколько устойчивы к ошибкам ваши алгоритмы и т. д.).

Если у вас нет внешнего события, которое можно было бы использовать в качестве предупреждения о снижении производительности, обычной практикой является простой сброс через регулярные промежутки времени.

Вот примечание по применению, объясняющее функциональность установки/сброса: https://aerospace.honeywell.com/~/media/aerospace/files/application-note/an213_set_reset_function_of_ Magnetic_sensors.pdf

Если углубиться в детали, то эта ИС имеет настоящие катушки размагничивания/калибровки, которые больше похожи на полосу, чем на катушку. Процедуры калибровки - последние несколько абзацев. Это цитируется непосредственно из таблицы данных, которую вы разместили.

HMC5883L

www.honeywell.com 9

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА

Анизотропные магниторезистивные датчики
Схема магниторезистивного датчика Honeywell HMC5883L представляет собой три датчика и вспомогательные схемы для конкретных приложений для измерения магнитных полей. При подаче питания датчик преобразует любое падающее магнитное поле в направлениях осей чувствительности в дифференциальное выходное напряжение.

Магниторезистивные датчики изготовлены из тонкой пленки никеля и железа (пермаллоя) и выполнены в виде резистивного полосового элемента. При наличии магнитного поля изменение резистивных элементов моста вызывает соответствующее изменение напряжения на выходах моста. Эти резистивные элементы выровнены вместе, чтобы иметь общую чувствительную ось (обозначенную стрелками на схеме выводов), которая будет обеспечивать положительное изменение напряжения при увеличении магнитных полей в чувствительном направлении.

Поскольку выходной сигнал пропорционален только компоненте магнитного поля вдоль его оси, дополнительные сенсорные мосты размещаются в ортогональных направлениях, чтобы обеспечить точное измерение магнитного поля в любой ориентации.

Самооценочный тест

Чтобы проверить правильность работы HMC5883L, в него встроена функция самопроверки, при которой датчик возбуждается внутренним образом номинальным магнитным полем (в конфигурации с положительным или отрицательным смещением). Это поле затем измеряется и сообщается. Эта функция включена, а полярность устанавливается битами MS[n] в конфигурационном регистре A.

Внутренний источник тока генерирует постоянный ток (около 10 мА) от источника питания VDD. Этот постоянный ток подается на смещенные ремешки магниторезистивного датчика, что создает искусственное смещение магнитного поля на датчике . Разница этого измерения и измерения окружающего поля будет помещена в регистр вывода данных для каждой из трех осей.

Используя эту встроенную функцию, производитель может быстро проверить полную функциональность датчика после сборки без дополнительной тестовой настройки. Результаты самотестирования также можно использовать для оценки/компенсации дрейфа чувствительности датчика из-за температуры. Для каждого «измерения самопроверки» ASIC:
1. Отправляет импульс «Set»
2. Выполняет одно измерение (M1)
3. Отправляет ток смещения (~10 мА) для создания поля смещения (~1,1 Гаусса) и измеряет другое измерение (M2)
4. Помещает разницу двух измерений в регистр вывода данных датчика:

РАБОТА
САМОТЕСТИРОВАНИЯ Чтобы проверить правильность работы HMC5883L, в него встроена функция самотестирования, в которой смещенные ленты датчика возбуждаются для создания номинальной напряженности поля (поля смещения), которое необходимо измерить.

Для реализации самотестирования младшие значащие биты (MS1 и MS0) регистра конфигурации A изменяются с 00 на 01 (положительное смещение) или на 10 (отрицательное смещение). Затем, установив регистр режима в одиночный режим или режим непрерывного измерения, для каждого магнитного вектора будет выполнено два цикла сбора данных. Первым сбором данных будет установленный импульс, за которым вскоре последуют данные измерения внешнего поля.

При втором сборе данных будет возбуждена офсетная планка (около 10 мА) в режиме положительного смещения для осей X, Y и Z, чтобы создать поле самотестирования около 1,1 Гс плюс внешнее поле. Значения первого сбора данных будут вычтены из значений второго сбора данных, а чистое измерение будет помещено в регистры вывода данных.

Поскольку самотестирование добавляет дополнительное поле ~1,1 Гаусса к существующей напряженности поля, использование настройки уменьшенного усиления предотвращает насыщение датчика и переполнение регистров данных. Например, если регистр конфигурации B установлен на 0xA0 (усиление = 5), значения около +452 LSb (1,16 Ga * 390 LSb/Ga) будут помещены в регистры вывода данных X и Y, а около +421 (1,08 Ga). * 390 LSb/Ga) будет помещено в регистр вывода данных Z.

Чтобы выйти из режима самотестирования, измените биты MS1 и MS0 регистра конфигурации А обратно на 00 (нормальный режим измерения). Допустимые пределы значений самопроверки зависят от настройки усиления. Ограничения для Gain=5 приведены в таблице спецификаций.

Ниже приведен пример процесса «положительного самотестирования» с использованием режима непрерывного измерения:

1. Запись CRA (00) — отправка 0x3C 0x00 0x71 (8-усреднение, 15 Гц по умолчанию, положительное измерение самопроверки)
   

2. Записать CRB (01) – отправить 0x3C 0x01 0xA0 (усиление=5)
   

3. Режим записи (02) – отправить 0x3C 0x02 0x00 (режим непрерывного измерения)
   

4. Подождите 6 мс, или регистр состояния монитора, или вывод аппаратного прерывания DRDY
   

5. Loop Send 0x3D 0x06 (Прочитать все 6 байтов. Если усиление изменилось, то этот набор данных использует предыдущее усиление) Преобразование трех 16-битных дополнительных шестнадцатеричных значений 2 в десятичные значения и присвоение X, Z, Y соответственно. Отправьте 0x3C 0x03 (укажите на первый регистр данных 03) Подождите около 67 мс (при частоте 15 Гц) или проверьте регистр состояния или контакт аппаратного прерывания DRDY.

End_loop

6. Проверьте пределы — если все 3 оси (X, Y и Z) находятся в разумных пределах (от 243 до 575 для усиления = 5, отрегулируйте эти пределы в зависимости от используемой настройки усиления. См. пример ниже). Тогда все 3 оси проходят положительное самопроверка Запись CRA (00) — отправка 0x3C 0x00 0x70 (Выход из режима самопроверки и этой процедуры) В противном случае,
   если усиление <7 Запись CRB (01) — отправка 0x3C 0x01 0x_0 (Увеличение настройки усиления и повторная попытка, пропустить следующий набор данных)
   

Остальное Как минимум одна ось не прошла положительную самопроверку.
Запись CRA (00) — отправка 0x3C 0x00 0x70 (выход из режима самопроверки и этой процедуры)

Конец, если
Ниже приведен пример настройки пределов теста «положительный селф» в зависимости от настройки усиления:

1. Если усиление = 6, пределы самотестирования следующие: Нижний предел = 243 * 330/390 = 206 Верхний предел = 575 * 330/390 = 487
   

2. Если усиление = 7, пределы самотестирования следующие: Нижний предел = 243 * 230/390 = 143 Верхний предел = 575 * 230/390 = 339