使用A1339角度传感器IC的低功耗和转动传感
使用A1339角度传感器IC的低功耗和转动传感
由Trevor Buys和William Wilkinson，
亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems，LLC
介绍
许多应用范围从亚博尊贵会员工业自动化和机器人电子动力转向（EPS）和电机位置感测需要监测旋转目标的角度。任何成功的角度测量系统的设计都需要基于用户的要求。亚博尊贵会员此应用笔记涵盖了Allegro的使用A1339角度传感器IC对于需要传感器以多种任务模式操作的电池供亚博尊贵会员电的应用（汽车或非汽车）。
即使在关键条件下，也需要传感器操作的汽车系统
某些汽车角度传感应用需要能够在关键条件下追踪角度位置。亚博尊贵会员在密钥关闭状态下，车辆中的大多数电压调节器不可操作。因此，必须在键关闭状态下操作的传感器通常直接从汽车电池（12V）供电。这些应用的示例包括但不限于：亚博尊贵会员
- 座椅皮带被动安全系统
- EPS电机位置
通常，这些电动机和座椅带系统换档，以便通过角度传感器IC计算多个角度传感器旋转。出于这个原因，A1339包括计数磁铁的旋转匝的电路。当传感器IC连接到汽车电池时，它们还必须具有低功耗模式，可实现高效的电池使用。通常，即使当车辆处于钥匙时，传感器IC也必须跟踪磁铁的匝数计数（TCS）-off国家。这A1339监控并跟踪tc，即使设置为低功耗模式。这将确保系统可以
当在键盘或键关闭模式下使用A1339时，准确且始终一致地跟踪方向盘位置或座椅带扩展。传统上，通过相对复杂的机械和电子元件的组合来实现这种关键要求。这A1339可以通过执行绝对角度测量和TCS的跟踪来降低Systemlevel复杂性并消除许多系统组件，同时在车辆键关闭时保持低电池功耗（100μA）。
A1339概述
这A1339ALLEGRO最快的360°角传感器IC，并提供基于磁圆形垂直厅（CVH）技术的非接触式高分辨率角位置信息。它有一个
片上系统（SOC）架构，包括CVH前端，数字信号处理，SPI，ABI / UVW和PWM输出。它还包括片上EEPROM技术，可实现灵活的线
编程校准参数。这A1339非常适用于需要0°至360°角测量的汽车应用，例亚博尊贵会员如电子动力转向（EPS），旋转变换器（PRNDL），座椅带张紧器和节流系统。
这A1339角度传感器IC器件设计用于支持各种应用，并且具有通过输出格式或功耗组织的多种操作模式。亚博尊贵会员
通过SPI或曼彻斯特界面，A1339有能力报告直角输出（在所选输出接口上报告的12/15位数字角度输出）或转弯计数
（TC）输出，其是由磁目标在顺时针或逆时针方向的匝数的量化跟踪计数。
用力消耗划定，A1339具有正常功率模式，低功耗模式和超级电力传输模式。
这A1339是专为电池供电的应用程序而设计，其中跟踪目标旋转的任务可以被描绘成亚博尊贵会员两种任务模式之一。第一任务模式可以描述为一个角度跟踪模式，其中传感器IC在全带宽下跟踪输出，并以完整分辨率提供其测量的角输出（这是正常的电源模式A1339）。
第二个任务模式（低功率模式）可以被视为转向跟踪模式。在此模式下，传感器IC不需要以完全分辨率跟踪角度 - 它足以跟踪
转弯目标的计数。可以通过A1339中的EEPROM设置预先选择一个转数单元的大小，以180或45度。A1339轨道-2048 / + 2047转弯
或为-512 / + 511分别定义45°或180°时。匝数计数值存储在主串行寄存器中，可以通过SPI或曼彻斯特协议随时读取（外部
LPM）。该值存储为12位2的补码符号值。
正常电源模式
在正常的电源模式下，IC绘制最大电流（在A1339数据表中标称12 MA-DECHECE电源规范有关更多详细信息）以运行其完整功能集，并以最快的速率更新角度输出寄存器内部平均设置（ORATE）（有关详细信息，请参阅A1339数据表）。
低功耗模式
在低功率模式（LPM）中，IC不提供SPI，PWM，UVW / ABI或曼彻斯特界面上的角度读数，大部分模拟和数字电路断电，传感器IC周期性地在两个不同之间循环状态。大多数情况下，传感器IC保持在较低功率静态电流“睡眠”状态（iCC.<100μA）。在这种状态下，从模拟换能器中取出电源，并且不会发生角度测量。
周期性地，传感器IC将通过减小的电源信号路径进入“清醒”状态以监视磁体位置，并更新匝数计数（ICC≈7Ma）。通过在芯片的EEPROM存储器上编程，用户可以根据用户调整低功率模式操作的睡眠时间。图2显示了平均iCC.在μA与可编程睡眠时间（t睡觉）。
SPI输入引脚（MOSI，SCLK，CS）用作LPM的主要仲裁器。当所有三个引脚长为至少60μs时，传感器IC将进入低功耗模式（“遮光”状态）。ABI和PWM引脚被挖出，大部分数字和模拟电路断电。如果满足条件[BT1]，则传感器IC将进入“睡眠”状态，并在“睡眠”和“醒目”之间定期循环，以监视磁体的位置并更新转动跟踪。
唤醒销用于外部强制“遮光”[BT2]状态。当唤醒引脚带到可编程阈值以上时，传感器IC将进入其转动跟踪“清醒”状态和监视位置。同样，如果观察到过量的RPM，则传感器IC将进入其“醒着”状态以防止错过磁旋转。
运输模式
在长期存储和/或运输期间，某些电池供电的应用需要亚博尊贵会员从IC的IC尤其低功耗（例如，当新车从装配线运输到经销商时）。为了满足这种需求，A1339采用称为传输模式的超级电力模式。传输模式用于将A1339放入深度睡眠状态以进行超级功耗。在此模式下，传感器IC不跟踪角度或转弯计数。通常，在运输模式下，IC消耗每芯的60μA电流。
唤醒别针
A1339提供了一个尾页输入引脚。该引脚旨在从低功率模式睡眠状态唤醒设备。该唤醒引脚可用于电机加速度太高的特殊情况下，系统不能等待整个低功率睡眠时间到期。当唤醒引脚上的电压阈值超过V时醒来（嗨），IC将从睡眠状态唤醒并开始连续追踪转弯。该引脚通常连接到来自所使用的电动机的电动机电压信号的滤波版本。这允许在高加速度事件的情况下，从电动机到匝数计数电路的快速反馈。下面示出了星形3相电动机的后部EMF的符号波形表示，以及样品滤波电路。
这A1339当唤醒销电压上升到v时，将从其睡眠状态留下清醒状态唤醒（嗨）一旦电压下降到v以下唤醒（低）。
设置唤醒引脚阈值
唤醒引脚高阈值水平以及低值和高值之间的滞后是通过EEPROM进行编程的。这允许LPM睡眠的入口和出口与特定的RPM值一致，在一系列电机设计和整流电路实现中。这些值通过两个EEPROM字段控制，调整V的阈值的“WP_THRES”醒来（嗨）和“WP_HYS”控制V之间的滞后醒来（嗨）和V.唤醒（低）。
组合滞后和阈值EEPROM字段允许选择表1中所示的配置。
表1：唤醒引脚阈值和滞后控制位
| 字段名称 | EEPROM（阴影）位置 | 尺寸（比特） | 默认 | 功能 |
| wp_hyst. | 0x1b（0x5b）[9：8] | 2 | 01.2 | 选择V之间的电压差醒来（嗨）和V.唤醒（低）。50,150,300,400 mV选项。 |
| WP_THRES. | 0x1b（0x5b）[7：4] | 3. | 000.2 | 选择V.醒来（嗨）临界点。 |
表2：唤醒引脚阈值设置
| 唤醒门槛 | 唤醒滞后 | 阈值（上升） （MV） |
滞后电压 （MV） |
临界点 （下降） （MV） |
|||
| Bit2. | Bit1. | Bit0. | Bit1. | Bit0. | |||
| 0. |
0. | 0. | 0. | 0. | 300 | 50. | 250. |
| 0. | 0. | 0. | 0. | 1 | 300 | 150. | 150. |
| 0. | 0. | 0. | 1 | 0. | 300 | 300 | 100. |
| 0. | 0. | 0. | 1 | 1 | 300 | 400 | 100. |
| 0. | 0. | 1 | 0. | 0. | 350. | 50. | 300 |
| 0. | 0. | 1 | 0. | 1 | 350. | 150. | 200. |
| 0. | 0. | 1 | 1 | 0. | 350. | 300 | 100. |
| 0. | 0. | 1 | 1 | 1 | 350. | 400 | 100. |
| 0. | 1 | 0. | 0. | 0. | 400 | 50. | 350. |
| 0. | 1 | 0. | 0. | 1 | 400 | 150. | 250. |
| 0. | 1 | 0. | 1 | 0. | 400 | 300 | 100. |
| 0. | 1 | 0. | 1 | 1 | 400 | 400 | 100. |
| 0. | 1 | 1 | 0. | 0. | 450. | 50. | 400 |
| 0. | 1 | 1 | 0. | 1 | 450. | 150. | 300 |
| 0. | 1 | 1 | 1 | 0. | 450. | 300 | 150. |
| 0. | 1 | 1 | 1 | 1 | 450. | 400 | 100. |
| 1 | 0. | 0. | 0. | 0. | 500. | 50. | 450. |
| 1 | 0. | 0. | 0. | 1 | 500. | 150. | 350. |
| 1 | 0. | 0. | 1 | 0. | 500. | 300 | 200. |
| 1 | 0. | 0. | 1 | 1 | 500. | 400 | 100. |
| 1 | 0. | 1 | 0. | 0. | 550. | 50. | 500. |
| 1 | 0. | 1 | 0. | 1 | 550. | 150. | 400 |
| 1 | 0. | 1 | 1 | 0. | 550. | 300 | 250. |
| 1 | 0. | 1 | 1 | 1 | 550. | 400 | 150. |
| 1 | 1 | 0. | 0. | 0. | 600 | 50. | 550. |
| 1 | 1 | 0. | 0. | 1 | 600 | 150. | 450. |
| 1 | 1 | 0. | 1 | 0. | 600 | 300 | 300 |
| 1 | 1 | 0. | 1 | 1 | 600 | 400 | 200. |
| 1 | 1 | 1 | 0. | 0. | 650. | 50. | 600 |
| 1 | 1 | 1 | 0. | 1 | 650. | 150. | 500. |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0. | 650. | 300 | 350. |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 650. | 400 | 250. |
在模式之间转换
这A1339设计使其可以基于各种系统参数在正常电源模式（NPM），低功耗模式（LPM）和传输模式（TM）之间过渡。类似地，传感器IC基于磁旋转速率或超过唤醒引脚阈值的LPM两种不同的操作状态之间转换（V.醒来（嗨））。这确保了由于在传感器IC处于低功耗模式时，由于目标旋转太快，因此有价值的TC信息不会丢失。
为了更好地理解这一点，请考虑一些基于图5所示的状态图的场景，以及表3中所示的信息。假设传感器IC通电并以NPM为单位。因此，它能够提供如表3中的NPM下所述的所有功能。现在，如果控制器决定保存电量并进入LPM，那么它必须满足图5的分支A中概述的条件。
如果满足分支B中概述的条件，则传感器IC首先进入唤醒状态，然后传感器IC将进入其睡眠状态并自动在唤醒之间交替。
基于编程的T睡眠睡觉。相反，通过满足分支C的先决条件，可以将传感器IC从外部迫使其唤醒状态。
在LPM（清醒或睡眠状态）期间，可以通过使上方V的任何SPI输入线来重新进入NPMIL.。
以类似的方式，通过满足由状态图的分支A，B，C，D或E指定的适当条件，系统可以在NPM，LPM和TM之间导航。
表3：模式状态
| 正常电源模式 （NPM） |
低功耗模式 （LPM） |
运输模式 （TPM） |
|
| 角度传感器 功能 |
可用的沟通
|
可用的沟通
|
可用的沟通
|
可用角度输出数据：
|
可用角度输出数据：
*在LPM中跟踪TC值，但在退出LPM时可用于只读。 |
可用角度输出数据：
|
|
| 当前的 消费 |
每次死亡14 mA标称 | 每芯100μA标称* * ICC根据可编程而异 |
≈60μA每芯标称 |
启用传输模式
传输模式类似于LPM，但没有定期唤醒以跟踪转弯。这允许传感器IC在消耗最小电流的同时保持连接到实时电压源。
必须在将SPI线路降低之前启用传输模式。这是通过将A 6写入Ctrl串行寄存器（0x1e）内的“特殊”操作字段来实现的。
启用后，下次传感器IC检测LPM请求（由SPI线路指示为低电平），它将进入传输模式。
表4：A1339控制串行寄存器
| 地址 （0x00） |
登记 SymboL. |
解决字节（MSB） | 寻址字节（LSB） | LSB地址 |
|||||||||||||||
| 15. | 14. | 13. | 12. | 11. | 10. | 9. | 8. | 7. | 6. | 5. | 4. | 3. | 2 | 1 | 0. | ||||
| 0x1e. | Ctrl. | 特别的 | 0. | CLS. | SWRW. | cle | initiate_special. | 0x1f. | |||||||||||
用于低功耗模式的用户可编程功能并转动计数
这A1339允许其LPM功能的重大可编程性，例如转弯的大小，LPM期间的睡眠时间，以及转弯之间的最大角度增量。控制其的EEPROM字段如表5所示。
“lpm_wake_threshold”指定“唤醒”状态之间的最大角度增量。结合“LPM_CYCLE_TIME”，这些字段指定了传感器IC将进入其“睡眠”状态的最大RPM（SAWAKE（TH））。默认情况下，该设置为≈100rpm。
如果测量的RPM超过此值，则A1339将不会重新输入其“睡眠”状态，而是将连续监视器，直到RPM下降到阈值以下，默认值下降。
表5：低功耗模式的用户可编程功能，然后转换为计数
| 场地 | EEPROM地址[位] （阴影） |
默认 | 价值 | 功能 |
T45. |
0x1d.（0x5D）[23] | （1） | 0. | 转弯每180度递增/递减 |
| 1 | 转弯递增/递减每45度 | |||
| TPMD. | 0 x1d (0 x5d) [21] | 0. | 0. | 允许使用传输模式(仍然必须通过CTRL寄存器调用) |
| 1 | 禁用传输模式 | |||
| LPMD. | 0x1d（0x5d）[20] |
0. | 0. | 启用LPM. |
| 1 | 禁用LPM. | |||
| lpm_cycle_time. | 0x1d（0x5d）[17:12] | （001011）2 （11）10. |
- | 低功率循环（睡眠）时间为8.192 ms增量。遵循等式[（n + 1）×8 ms]。默认为98.3 ms。 |
| lpm_wake_threshold. | 0x1d（0x5d）[10：0] | （01010011111）2 （671）10. |
- | 唤醒速度的角度差 临界点。还用于正常功率模式以决定进入LPM。12位角度分辨率。0-180度。默认为59°。 |
给定睡眠时间的最大RPM
在LPM中，A1339周期性地退出睡眠模式以监控磁力正数并更新匝数计数。该睡眠周期确定最终的LPM电流消耗，以及可以安全跟踪最大RPM的最大RPM。
在传感器IC睡眠中确定由磁体行进的角距离由运动学方程管辖，在等式1中所示。
θ=6ν×t +½×αt2（1）
其中θ是最大期望的角度行程，通过“LPM_WAKE_THRESHOLD”字段设置，
ν是速度在rpm，
T是睡眠时间，以秒为单位，
α.在给定ν中预期的最大加速度是（IN°/ s2）。
图6显示了给定休眠时间的最大RPM，假设每个睡眠周期（LPM_Wake_Threshold）的默认59°最大角度偏转。选择了默认角度偏转，使得A1339在使用默认睡眠时间时，将以100 RPM退出睡眠模式。由于该值是EEPROM可编程的，因此可以将其调整为略少的保守值。调整此值时，Allegro建议将其设置不大于90°（如果在一个睡眠周期内检测到大于135°偏转，则TCW警告标志将断言。这提供了安全距到180度，之后相对定向变化是模糊的。
从图6中，可以看出，最大预期加速度将限制限制可以使用的睡眠时间的长度。这是由于等式1内的α术语成为
高加速率的主导因素。即使初始速度为0 rpm，恒定的加速度也为6000°/ s2对于150 ms，将导致大于59°的角度偏转。因此，它不仅仅是最大RPM，而且是确定睡眠时间长度的最大加速度，因此最终的LPM iCC.价值。
在设计系统时，在RPM和当前思考而不是RPM与睡眠时间往往更有用。当以这种方式绘制时，最大RPM与LPM电流消耗具有相对线性的关系。这在图7中示出，表6中的数字。
表6：最大rpm和近似平均水平CC.价值观。6000°/ s2加速
| 最大rpm. | 平均I.CC.（μA） |
| 1200 | 220. |
| 600 | 140. |
| 400 | 110. |
| 220. | 90. |
| 100. | 75. |
结论
除了提供非接触磁角度感测的所有标准优势，还A1339还提供了在严格的电池供电（包括汽车）系统中操作的能力，该系统需要低功耗。最后，能够跟踪正常和低功耗模式的转弯计数，A1339理想地适用于简化复杂的机械设计，用于在关键状态下跟踪磁性目标位置，而不会影响系统的整体稳健性和可靠性。
版权所有©2018，Allegro亚博棋牌游戏 Microsystems，LLC本文档中包含的信息不构成关于本文件主题的Allegro向客户提供的任何代表性，保证，保证，担保或诱导。所提供的信息并不能保证基于此信息的过程是可靠的，或者Allegro探讨了所有可能的失败模式。客户有责任对最终产品进行充分的资格测试，以确保它是可靠的，满足所有设计要求。