使用A1339角度传感器IC进行低功率和匝数感应
使用A1339角度传感器IC进行低功率和匝数感应
特雷弗·拜斯和威廉·威尔金森，
雷竞技竞猜下载Allegro微系统有限责任公司
介绍
许多应用范围从雷竞技最新网址工业自动化和机器人电子动力转向系统（EPS）电机位置传感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需求。雷竞技最新网址本应用笔记涵盖快板的使用A1339角度传感器IC用于需要传感器在多种任务模式下运行的电池雷竞技最新网址供电应用（汽车或非汽车）。
即使在关闭钥匙的情况下也需要传感器操作的汽车系统
某些汽车角度传感应用要求即使在按键关闭的情况下也能跟踪角度位置。雷竞技最新网址在关闭状态下，车辆中的大多数电压调节器是不工作的。因此，必须在关闭状态下工作的传感器通常直接由汽车电池(12v)供电。这类应用包括但不限于:雷竞技最新网址
- 安全带被动安全系统
- EPS电机位置
通常情况下，这些电机和安全带系统会减速，因此角度传感器IC需要对多个角度传感器的旋转进行计数。由于这个原因A1339包括一个计算磁铁旋转圈数的电路。当传感器IC连接到汽车电池时，它们还必须具有低功率模式，以实现电池的高效使用。通常，传感器IC必须跟踪磁铁的圈数（TCs），即使在车辆处于钥匙关闭状态时也是如此A1339监视和跟踪tc，即使设置为低功率模式。这将确保系统能够
当使用A1339在键开或键关模式时，准确和一致地跟踪方向盘位置或安全带延伸。传统上，这个关键要求是通过相对复杂的机械和电子部件的组合来实现的。这个A1339通过执行绝对角度测量和TCs跟踪，可以降低系统级复杂性并消除许多系统组件，同时在车辆钥匙关闭时保持低电池功耗（100μA）。
概述A1339
这个A1339是Allegro最快的360°角度传感器IC，基于磁性圆形垂直霍尔(CVH)技术提供非接触式高分辨率角度位置信息。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。它还包括用于灵活线路端的片上EEPROM技术
标定参数编程。这个A1339非常适合需要0°至360°角度测量的汽车应用，如雷竞技最新网址电子动力转向（EPS）、旋转换档器（PRNDL）、安全带张紧器和油门系统。
这个A1339角度传感器IC设备被设计用于支持广泛的应用，并具有多种工作模式，按输出格式或功耗组织。雷竞技最新网址
通过SPI或曼彻斯特接口A1339能够报告直接角度输出（通过所选输出接口报告的12/15位数字角度输出）或转数
（TC）输出，是磁目标顺时针或逆时针方向的圈数的量化跟踪计数。
根据功耗来描述A1339包括“正常功率模式”、“低功率模式”和“超低功率传输模式”。
这个A1339设计用于电池供电的应用，其中跟踪目标旋转的任务可以划分为两种任务模雷竞技最新网址式之一。第一个任务模式可以描述为角度跟踪模式，其中传感器IC以全带宽跟踪输出，并以全分辨率提供其角度输出测量值（这是传感器上的正常功率模式）A1339)．
第二个任务模式（低功率模式）可被视为转弯跟踪模式。在此模式下，传感器IC不需要以全分辨率跟踪角度，只需跟踪即可
目标的回合计数值。一个回合计数单位的大小可以通过在A1339的EEPROM设置预先选择为180或45度。A1339轨道-2048 /+2047个转弯
或–512/+511，当分别将匝数定义为45°或180°时。匝数计数值存储在主串行寄存器中，可通过SPI或曼彻斯特协议随时读取（外部
行分钟)。该值存储为12位2的补码带符号值。
正常功率模式
在正常电源模式下，IC消耗最大电流（名义上为12 mA，有关更多详细信息，请参阅A1339数据表中的正常模式电源电流规范）以操作其全部功能集，并以内部平均设置（ORATE）选择的最快速率更新角度输出寄存器（有关更多详细信息，请参阅A1339数据表）。
低功率模式
在低功耗模式（LPM）下，IC不通过SPI、PWM、UVW/ABI或曼彻斯特接口提供角度读数，大多数模拟和数字电路断电，传感器IC在两种不同状态之间周期性循环。大多数情况下，传感器IC保持在低功耗静态电流“睡眠”状态（I科科斯群岛< 100μ)。在这种状态下，电源从模拟传感器中移除，不进行角度测量。
传感器IC将周期性地进入“清醒”状态，通过降低功率信号路径监测磁体位置，并更新匝数(ICC≈7 mA)。低功耗模式运行的睡眠时间可由用户根据应用程序，通过对片上EEPROM存储器编程来调整。图2显示了平均I科科斯群岛μA与可编程睡眠时间(t睡觉)．
SPI输入引脚(MOSI, SCLK, CS)被用作LPM的主要仲裁者。当所有三个引脚都处于低功耗状态至少60 μs时，传感器IC将进入低功耗模式(“清醒”状态)。ABI和PWM引脚是三电平的，大多数数字和模拟电路是断电的。如果满足条件[BT1]，传感器IC将进入“休眠”状态，并在“休眠”和“清醒”状态之间周期性循环，监测磁体位置，更新匝数跟踪。
WAKE引脚用于外部强制“awake”[BT2]状态。当WAKE引脚超过可编程阈值时，传感器IC将进入跟踪“清醒”状态和监测位置。同样，如果观察到转速过高，传感器IC将进入“清醒”状态，以防止错过磁旋转。
传输模式
某些电池供电的应用在长期存储和/或运输过程中（例雷竞技最新网址如，新车从装配线运输到经销商时）需要IC的低功耗。为了满足这一需求，A1339采用了一种称为传输模式的超低功耗模式。传输模式用于将A1339置于深度睡眠状态，以实现超低功耗。在此模式下，传感器IC不跟踪角度或转动计数。通常，在传输模式下，IC每个管芯消耗60μA的电流。
后销
A1339提供唤醒输入引脚。该引脚用于将设备从低功耗模式睡眠状态唤醒。此唤醒引脚可用于电机加速度过高，且系统无法等待整个低功耗睡眠时间到期的特殊情况。当唤醒引脚上的电压阈值超过V时唤醒（嗨）， IC将从休眠状态中醒来，并开始连续跟踪转弯。该引脚通常连接到从正在使用的电机输出的反电动势电压信号的过滤版本。在高加速度事件中，这允许从电机到Turns-Count电路的快速反馈。Star三相电机反电动势的符号波形表示，以及采样滤波电路如下所示。
这个A1339当WAKE引脚电压高于V时，会从睡眠状态离开清醒状态吗唤醒（嗨)，当电压降至V以下时返回尾流（低）.
设置唤醒引脚阈值
唤醒引脚高阈值电平以及低值和高值之间的滞后可通过EEPROM进行编程。这允许LPM睡眠的进入和退出在一系列电机设计和整流电路实现中与特定RPM值一致。这些值通过两个EEPROM字段控制，即“wp_thres”，用于调整V唤醒（嗨）和“wp_hys”，控制V之间的滞后唤醒（嗨）和V尾流（低）.
当组合迟滞和阈值EEPROM字段时，允许选择表1中所示的配置。
表1:WAKE引脚阈值和迟滞控制位
| 字段名 | eepm(影子)位置 | 大小（位） | 默认的 | 函数 |
| wp_hyst | 0x1B（0x5B）[9:8] | 2. | 012. | 选择V之间的电压差唤醒（嗨）和V尾流（低）).50、150、300、400 mV选项。 |
| wp_thres | 0 x1b (0 x5b)(七) | 3. | 0002. | 选择V唤醒（嗨）阈值。 |
表2：唤醒引脚阈值设置
| 尾流阈值 | 后磁滞 | 门槛（上升） （mV） |
滞回电压 （mV） |
阈值 （下落） （mV） |
|||
| 比特2 | 比特1 | 比特0 | 比特1 | 比特0 | |||
| 0 |
0 | 0 | 0 | 0 | 300 | 50 | 250 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1. | 300 | 150 | 150 |
| 0 | 0 | 0 | 1. | 0 | 300 | 300 | One hundred. |
| 0 | 0 | 0 | 1. | 1. | 300 | 400 | One hundred. |
| 0 | 0 | 1. | 0 | 0 | 350 | 50 | 300 |
| 0 | 0 | 1. | 0 | 1. | 350 | 150 | 200 |
| 0 | 0 | 1. | 1. | 0 | 350 | 300 | One hundred. |
| 0 | 0 | 1. | 1. | 1. | 350 | 400 | One hundred. |
| 0 | 1. | 0 | 0 | 0 | 400 | 50 | 350 |
| 0 | 1. | 0 | 0 | 1. | 400 | 150 | 250 |
| 0 | 1. | 0 | 1. | 0 | 400 | 300 | One hundred. |
| 0 | 1. | 0 | 1. | 1. | 400 | 400 | One hundred. |
| 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 | One hundred. |
| 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 | One hundred. |
| 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 |
模式转换
这个A1339它可以根据不同的系统参数在正常功率模式(NPM)、低功率模式(LPM)和传输模式(TM)之间转换。类似地，传感器IC将根据磁旋转速率在LPM的两种不同工作状态之间转换，或超过WAKE引脚阈值(V唤醒（嗨）)。这可确保在传感器IC处于低功率模式时，不会因目标旋转过快而丢失有价值的TC信息。
为了更好地理解这一点，考虑一些基于图5中显示的状态图以及表3中显示的信息的场景。假设传感器IC处于NPM状态。因此，它将能够提供表3中NPM所描述的所有功能。现在，如果控制器决定节省功耗并进入LPM，那么它必须满足图5中A分支所列的条件。
传感器IC首先在唤醒状态下进入LPM，如果满足分支B中概述的条件，则传感器IC将进入睡眠状态，并自动在唤醒和恢复之间切换
基于编程t的睡眠睡觉.相反，通过满足分支C的先决条件，传感器IC可被外部强制进入其唤醒状态。
在LPM期间的任何时候（处于唤醒或睡眠状态），NPM可通过使任何SPI输入线高于V来重新进入伊尔.
以类似的方式，通过满足状态图分支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
| 正常功率模式 （NPM） |
低功率模式 （LPM） |
传输模式 (TPM) |
|
| 角度传感器 功能 |
可用通信
|
可用通信
|
可用通信
|
输出数据:
|
输出数据:
*TC值在LPM中被跟踪，但在退出LPM时为只读可用。 |
输出数据:
|
|
| 当前的 消费 |
每个模具的标称电流为14 mA | 每个模具100 μA标称* *ICC根据可编程程序的不同而变化 |
≈60 μA公称每个模具 |
启用运输模式
传输模式类似于LPM，但没有定期唤醒轨道转弯。这允许传感器IC保持连接到带电电压源，同时消耗尽可能少的电流。
在降低SPI线之前，必须启用传输模式。这是通过向CTRL串行寄存器(0x1E)中的“特殊”操作字段写入6来实现的。
一旦启用，下一次传感器IC检测到LPM请求(由降低SPI线指示)，它将进入传输模式。
表4:A1339控制串行寄存器
| 地址 （0x00） |
登记 SymboL |
寻址字节（MSB） | 解决字节(LSB) | LSB地址 |
|||||||||||||||
| 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8. | 7. | 6. | 5. | 4. | 3. | 2. | 1. | 0 | ||||
| 0x1E | 控制键 | 特殊的 | 0 | cls | slw | 继续教育 | initiate_special | 0x1F | |||||||||||
低功率模式和匝数计数的用户可编程功能
这个A1339允许其LPM功能具有显著的可编程性，例如匝数大小、LPM期间的休眠时间以及匝间的最大角度增量。控制此功能的EEPROM字段如表5所示。
“lpm_wake_threshold”（lpm_wake_阈值）指定了“wake”（唤醒）状态之间的最大角度增量。与“lpm_cycle_time”（lpm_cycle_time）一起，这些字段指定了传感器IC将进入其“sleep”（休眠）状态（SAWAKE（TH））的最大RPM。默认设置为≈每分钟100转。
如果测量的RPM超过这个值，A1339将不会重新进入它的“睡眠”状态，而是将持续监控转弯，直到RPM下降到低于默认值的阈值。
表5：低功率模式和匝数计数的用户可编程功能
| 领域 | eepm地址(位) (阴影) |
默认的 | 价值 | 函数 |
t45 |
0x1D(0 x5d) [23] | (1) | 0 | 转弯每180度增加/减少一次 |
| 1. | 转角每45度递增/递减一次 | |||
| 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 | 使升分钟 |
| 1. | 禁用行分钟 | |||
| lpm_cycle_time | 0x1D（0x5D）[17:12] | (001011)2. (11)10 |
– | 低功耗周期(睡眠)时间，以8.192毫秒为增量。公式为[(n+1) × 8 ms]。默认为98.3毫秒。 |
| lpm_唤醒_阈值 | 0x1D（0x5D）[10:0] | (01010011111)2. (671)10 |
– | 与尾流速度相等的角差 阈值。在正常功率模式下也用于决定进入LPM。12位角度分辨率。0-180度。默认为59度。 |
给定睡眠时间的最大转速
在LPM中，A1339定期退出休眠模式，以监控磁位并更新匝数。该休眠期确定最终LPM电流消耗，以及可安全跟踪转弯的最大RPM。
当传感器IC休眠时，确定磁铁移动的角距离由运动学方程控制，如方程1所示。
θ = 6ν × t +½× αt2.(1)
θ是通过“lpm_wake_threshold”字段设置的最大期望角行程，
ν是转速，单位为RPM，
t是以秒为单位的睡眠时间，并且
α是在给定的ν（in°/s）下预期的最大加速度2.)．
图6显示了给定睡眠时间的最大RPM，假设每个睡眠期间的默认最大角度偏移为59°(lpm_wake_threshold)。这个默认角度偏转的选择是这样的A1339当使用默认睡眠时间时，将在100 RPM时退出睡眠模式。由于此值是EEPROM可编程的，因此可以将其调整为稍微小一点的保守值。当调整此值时，Allegro建议将其设置为不大于90°(如果在一个睡眠期间检测到磁体偏转大于135°，TCW警告标志将assert)。这提供了一个180度的安全裕度，在此之后相对方向的变化是不明确的。
从图6可以看出，最大的预期加速度限制了可使用的睡眠时间长度。这是由于方程1中的α项变成了
高加速率下的主导因素。即使初始速度为0 RPM，恒定加速率也为6000°/s2.150毫秒将导致大于59°的角偏转。因此，决定睡眠时间长短的不仅仅是最大RPM，还有最大加速度，从而决定最终LPM I科科斯群岛价值
在设计一个系统时，通常更有用的是考虑RPM和电流，而不是RPM和睡眠时间。以这种方式绘制时，最大RPM与LPM电流消耗具有相对线性关系。图7和表6分别显示了这一点。
表6：最大转速和近似平均转速I科科斯群岛值。6000°/ s2.加快
| 最大转速 | 平均I科科斯群岛(μ) |
| 1200 | 220 |
| 600 | 140 |
| 400 | 110 |
| 220 | 90 |
| One hundred. | 75 |
结论
除了提供非接触式磁角传感的所有标准优点外A1339还提供了在严格的电池供电(包括汽车)系统中运行的能力，需要低功耗。最后，在普通和低功率模式下，它都能够追踪回合数A1339非常适合简化复杂的机械设计，以便在不影响系统整体鲁棒性和可靠性的情况下，在关键关闭条件下跟踪磁目标位置。
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