在短冲程应用中使用A1330

在短冲程应用中使用A1330

特雷弗·拜斯和威廉·威尔金森，
雷竞技竞猜下载快板微系统公司有限责任公司

抽象的

此应用笔记是使用该应用指南A1330角度传感器集成电路用于短行程旋转位置传感，包括磁体选择和方向的信息。它将概述设置A1330短行程应用所需的EEPROM寄存器的程序。雷竞技最新网址包括两个附录，一个说明了有效的短笔画输出和功能，另一个完整地描述了如何在样例程序员GUI中使用短笔画修剪选项卡。

介绍

准确、低成本、和非接触转动位置传感通常是通过使用一个直径的冰球磁铁和磁传感器IC。磁铁与旋转物体和传感器集成电路定位这样的磁铁旋转平行的传感器IC包(参见图1)。短行程(或细角扩展)被定义为小于360°的磁角旋转将由集成电路的全尺寸输出来表示。实现亚360°旋转的全尺寸输出允许用户使用ADC的整个动态范围。雷竞技最新网址应用程序
通常理想的短行程包括:

• 踏板位置
• 燃油箱液位传感器
• 齿轮的位置
• 节气门和/或阀位置
• 致动器位置

Allegro A1330磁角传感器IC非常适合于短行程旋转位置传感，因为它提供了先进的功能，如:

• 模拟/PWM输出:这种可配置的输出允许容易读取和验证。
• 高和低角度夹具:可调的输出饱和是高度可配置的。
• 用户可配置的增益和偏移:要在输入变化很小的情况下实现全尺寸输出，增益和PREGAIN_OFFSET提供了理想的解决方案。
• 最小和最大角度检测:在EEPROM中设置最小和最大角度可以提供诊断检查。它验证磁铁处于有效的工作位置。

基本系统配置

A1330可在8针TSSOP封装，单个或堆叠双芯片（推荐用于需要冗余的系统）中提供，并测量包装平面中的磁场角度。通过直接安装在封装上方的磁体（如图2所示），可以使用两个不同的气隙定义：晶体气隙和包装气隙。对于本文件的其余部分，封装气隙用于指气隙。CVH（圆形垂直霍尔）直接位于单芯片封装的中心，两个CVHS（在双模包中）靠近中心（参见数据表进行特定的测量细节）。

设计磁系统进行旋转传感

适当的磁体尺寸和标称气隙是角度感测的关键部件。A1330可以感测高达1200g的磁场，这意味着可以使用较大的磁体来减小杂散场可能在系统上具有的任何不需要的效果。如果场强高于1200克，则设备上不会产生损坏。在大磁场中操作A1330也将降低噪音，提高角度精度，并提高IC的输出信号上的有效分辨率。有关噪声性能的其他信息，请参阅本文档后面发现的噪声部分。

短行程和编程参数取决于最终应用程序和系统需求，不同的参数可能比其他参数更重要。以下是短中风应用程序的可编程设置。雷竞技最新网址短行程(SS)位必须能够调整增益和MIN/MAX_INPUT寄存器。

图3是短笔画流程图的简化版本，表1是EEPROM中可用的短笔画寄存器和位置。

表1:短笔划寄存器

注册的名字	短手的名字	地址	贝
Pregain抵消	PREGAIN_偏移量	0x3A	23:12
短行程使能	党卫军	0x3B	25
获得	获得	0x3B	12：0
夹使	总工程师	0x3C	25
翻转使	罗伊	0x3C	24
最大输入	MAX_INPUT	0x3C	23:12
最小输入	min_input.	0x3C	11：0
极性调整	阿宝	0x3D	24
后增益偏移	POSTGAIN_OFFSET	0x3D	23:12
低夹	low_clamp.	0x3D	11：0
高夹	HIGH_CLAMP	0x3D	5：0

PREGAIN_偏移量

PREGAIN_OFFSET允许在应用增益之前将角度归零，或重新映射到磁铁的当前位置。通常，这是第一个无论冲程如何编程的寄存器。PREGAIN_OFFSET是一个12位值（0-4095），位于EEPROM 0x3B位13:24中，分辨率为0.088°/位。

极性调整

极性调整（PO）设置最终角度输出的极性。当设置为“0”时，角度为机械角度，基本上绕过该块。设置为“1”时，角度补充（参见公式1）。极性调整是位于EEPROM 0x3D位24中的单个位。建议在设置极性调整之前设置PREGain_offset。这是由于Pregain_offset改变了观察到的零角度。

方程式1：极性调整

角度= 360°-机械角度

MIN_INPUT和MAX_INPUT

IC将预先设定的角度值与通过MIN_输入和MAX_输入EEPROM字段设置的边界进行比较。如果角度超出已建立的边界，则输出将三态，以指示意外角度值引起的错误。为了使此功能正常工作，需要将上拉或下拉电阻器连接到输出。电阻器的方向取决于ECU的所需配置。

此功能对于启用夹紧的应用是有用的，否则将屏蔽过度的角度雷竞技最新网址行程。min / max_input是位于EEPROM 0x3C中的12位值，分辨率为0.088°/位。

获得

增益通过调整输出传递函数的斜率(mV/°)来调整器件的输出动态范围。增益是数字化的，能够将11.25°输入角扩展到全尺寸输出旋转(32×)。

值得注意的是，在高增益的应用中，前端噪声会按雷竞技最新网址比例放大。在这种情况下，强烈建议使用角度平均功能来最小化噪声的影响(这将在本文后面引用)。增益是一个位于EEPROM 0x3B位0:12的13位值，每位附加增益的分辨率为0.0039×，即编码1 = 1.0039×原始信号。

计算获得

POSTGAIN_OFFSET

POSTGAIN_OFFSET与PREGAIN_OFFSET类似，但有一点需要注意：它用于在应用增益后偏移角度。该寄存器将输出信号移离0°位置。图形说明见图4，计算见方程式5。通常，在机械极限时，后增益_偏移用作缓冲。POSTGAIN_OFFSET是位于EEPROM 0x3D位11:23中的12位值，分辨率为0.088°。

为了获得所需的延迟过渡点，使用下面的方程式5。图4是POSTGAIN_OFFSET如何工作的图形表示。

等式5：postgain_offset

（从0°×增益值的期望机械偏移）–低_夹具（°）

使用公式5实现图4：

后增益偏移=（30°×4）–60°

增益后偏移= 120°- 60°

增益后偏移= 60°

因此，根据图4，为了实现从零角到30°的偏移，需要POSTGAIN_OFFSET的60°。

低U形夹和高U形夹

LOW_CLAMP和HIGH_CLAMP指定最小和最大输出电压摆动(或PWM占空比);默认情况下，这些值被设置为V的5%和95%_{科科斯群岛}．有关输出夹具的适当代码，请参阅表2和表3。通常，LOW/HIGH_CLAMP值以伏特表示;然而，它们也可以被认为是预增益(机械)值角度。LOW_CLAMP和HIGH_CLAMP都是6位无符号值，位于EEPROM 0x3D，位0:5 (LOW_CLAMP)和6:11 (HIGH_CLAMP)。

夹具使能和翻转使能

翻转使能（ROE）是可编程设置，允许输出达到高状态后返回到低状态（或反之亦然）。这可以用或没有夹具完成。CLAMP使能位（CE）启用高/低CLAMP进行调整，默认情况下，它们设置为5％和95％的VCC。翻转和钳位使能（CE）位分别位于EEPROM 0x3C，位24和25中。有关夹具和翻转的各种迭代，请参阅表4。图5和图6将输出与夹紧/翻转进行比较。

表4：夹紧和翻转选择

总工程师	罗伊	描述
0	0	正常行为。 标准模块360翻转。
0	1	在高和低卡箍处的输出翻转 价值观
1	0	输出夹具在第一次遇到高/ 低钳位值。
1	1	翻转发生在标准模块360。 输出被钳制为高/低钳制值。

图5：夹紧，没有翻转

注意，在图6中，有更多的高到低卡箍值比图5所示;这是由于LOW_CLAMP和HIGH_CLAMP。用于创建图5和图6的设置为:

表5:夹紧设置

注册的名字	代码	价值
PREGAIN_偏移量	0	0
获得	768.	4×
low_clamp.	10	40°
HIGH_CLAMP	10	320°

短行程的例子

在短行程应用程序中编程A1330可以使用ASEK20完成。有关ASEK20的更多信息，请参阅Allegro A1330样品程序员用户手册。图7是这个示例配置的输出。输出轮廓将保持低钳位(1 V和0.5 V)，直到20°旋转发生，然后每个模具将以不同的速率(50 mV/°和25 mV/°)附加60°，在这一点上，两个模具将保持高钳位20°。

图7:示例应用程序输出

使用样例程序设计器有两种方法来编程A1330。第一种方法是使用Short Stroke Trim选项卡(见图8)。这个方法将在附录b中介绍。另一种方法是通过EEPROM选项卡。通过使用EEPROM选项卡，可以使用短行程修剪选项卡中不可用的寄存器。

图7是一个常用的踏板位置输出示例。骰子2被设置为骰子1的50%;这通常是出于安全要求。微处理器将通过将第1个骰子和第2个骰子分开来验证角度读数。

A1330必须满足以下规格：

表6:EEPROM值

程序设计程序

1.启动程序并设置零角度:

A.将A1330连接至ASEK20（见图9），并将ASEK20连接至您的计算机。

b.启动sample Programmer软件并上电A1330。用A1330封装上方的磁铁，按下电源(使用GUI右侧的按钮)。通过按下' Read output '(位于右边)，' Read Once '(位于GUI的左上角)或' Start Reads '(位于GUI的左上角;这将从EEPROM以均匀的间隔轮询传感器)。

c.要将A1330重新映射到磁铁当前角度位置的0°位置，请使用位于窗口左下角的“零角度”按钮。这将调整PREGAIN_OFFSET寄存器值并将0°重新分配给这个位置。

2.eepm编程:EEPROM选项卡包含用户可用的所有寄存器。位于左上角附近的下拉菜单可以调整为“所有内存位置”、“所有字段”或“短描边字段”。选择短笔画字段。

a.短笔画字段:在EEPROM选项卡上选择的短笔画字段菜单包含用于短笔画应用程序的寄存器集合。雷竞技最新网址为了实现示例应用程序，将表7中找到的值应用到EEPROM寄存器中。图11和图12是在EEPROM中找到的实际值。

注意:PREGAIN_OFFSET值是在任何增益或钳位值之前从A1330读取的初始角度。

图11:模具1(全尺寸)短行程
EEPROM设置

3.验证输出:为了验证EEPROM设置是否正确，将DMMS（数字万用表）连接到输出并扫描角度旋转。应通过更改PostGain_offset来完成需要对转换点进行的任何调整。Postgain_offset与增益值直接相关，例如，为了获得1°的模具1的机械变化，需要大约4°的PostGain_offset。

因此，这些是POSTGAIN_OFFSET需要的值:

模具1(全尺寸)

Postgain_offset =(20°× 4) - 40°= 40°

模具2(半比例)

后增益_偏移=（20°×2）–20°=20°

通常，POSTGAIN_OFFSET被用作极端情况下的缓冲区。

4.设置最小和最大输入:在系统上设置最小和最大输入限制是为了警告用户磁铁已经进入了它不打算移动的位置。这些最小和最大输入的值是预增益值;因此，在本例中，适当的值可能是:

• MIN_INPUT = 10°
• max_input = 90°

如果磁铁进入任一范围（即低于最小输入，10°，或高于最大输入，90°），则输出三态。一旦磁铁返回到适当的角度，则输出将返回正常操作。

结果

应用例中使用的磁体为8mm（宽度）×3mm（厚度）N35镀镍稀土磁铁，其通过直径磁化;有关不同气隙的磁体强度，请参见图13。测试的空气间隙在1mm和1.5mm之间。

以下是使用上一节中的设置收集的结果和数据。

图13:用8mm圆盘磁铁测量气隙上的磁场强度

角精度

确定A1330短行程的准确性需要一个理想的案例。在本应用说明中，图7所示的曲线将被认为是理想的零误差输出曲线。为了准确比较，只考虑线性斜率(减去两个过渡点)。

图14使用以下等式9进行计算：

式9:角度误差

误差模1 =理想模1 -测量模1

错误芯片2 =理想模具2 - 测量模具2

A1330的标称灵敏度约为12.5 mV/°;然而，由于每个骰子都有不同的增益值，因此灵敏度也会相应改变。对于模具1，输出新的灵敏度为50 mV/°，模具2输出的灵敏度为25 mV/°。因此，为了使角度误差在1°之内，每个输出必须分别在理想输出的50 mV和25 mV之内。

模1输出的最大误差为11 mV，半尺度输出的最大误差为13 mV。因此，每个输出都相当小于1°的误差，即第1模的误差为0.22°，第2模的误差为0.52°。

0

根据最终应用和传感器输出需要采样的速度，调整角度平均寄存器可以显著降低IC输出上的噪声（参见表8和图16），并增加A1330观察到的总体场强（参见图16）。例如，在本文档中，使用了一个ANG_AVE设置为000，这意味着在IC输出时，数据每25μs刷新一次，并且在8-10 ENOB之间。对于大多数应用程序，将ANG_AVE设置为4就足够了，因为它将为用户提供足够快的刷新率，并降低噪音。雷竞技最新网址

图16:不同温度下的ENOB测量值

结论

A1330磁角传感器IC在短行程应用中工作得很好，当一个人需要在小于360°磁体旋转的全尺寸输出时。雷竞技最新网址基于chh的角度传感器ic，特别是A1330，非常适合短行程应用，因为它们可以在低或高磁场下工作。雷竞技最新网址小巧的8针TSSOP封装非常适合PCB空间有限的应用。雷竞技最新网址A1330提供可调节的内部平均，允许响应时间以分辨率交换。A1330传感器IC外部所需的组件非常少，是任何短行程应用的低成本解决方案。

附录A

本附录强调了A1330可以完成的额外短行程配置。注意，此配置是实际输出的一般迭代。

配置一个

配置A是节气门位置感测的公共输出。添加在一起时，输出始终导致相同的值。这增加了冗余，通常需要安全要求。在微处理器内的检查可以验证输出并警告用户是否存在问题。

要实现配置A，请执行以下步骤：

1. 连接ASEK20，使用软件门户中找到的A1330软件。
2. 检查COM口是否可以与软件通信。这可以通过软件窗口右下方的绿色条看到。如果工具条是红色的，单击它，就会出现一个新窗口。选择正确的COM端口并单击“OK”。
3. 选择双模和模拟或PWM输出。单击窗口右侧的“通电”打开设备电源。
4. 在磁铁到位后，选择“读取输出”。这将指示磁铁当前的读数。选择“零偏移”将A1330的0°角度读数重新映射到当前磁铁角度位置。如果您读取EEPROM寄存器，特别是PREGAIN_OFFSET，这一点就会很明显。
5. 选择“EEPROM”选项卡。在拉菜单上，选择“短描边字段”。这仅仅显示了属于短笔划的寄存器。

以下是创建配置A所需的寄存器和值（完整的EEPROM寄存器值见表9）：



附录B
短行程修剪选项卡是进入短行程输出编程A1330的网关。本附录将突出显示Short Stroke Trim选项卡的要点(图18)。有些寄存器在这个选项卡中不可用，即POSTGAIN_OFFSET、极性调整和MIN/MAX_INPUT。为了调整这些寄存器，请回到主文档。

使用短笔划修剪选项卡编程A1330

1. 打开Allegro A1330 Samples Programmer，连接COM(在窗口右下角的绿色框中表示)，设备上电，磁铁直接位于设备上方，导航到窗口左上角的Short Stroke Trim选项卡。有两种方法来考虑输出，或者用度数，或者用伏特。出于本演练的目的，输出单位将以伏特为单位。这可以通过调整Output Units旁边的下拉菜单进行操作。通过将输出单位(和输入单位)从度改为伏特，存储在位置1和位置2的值将被调整为正确的相应值(即359°≈4.75 V)。
2. 当输出单位变为伏特时，窗口如图19所示。在“修剪”框中有几个选项:
   启动/停止读取
   i.该方法实时读取磁体旋转角度的最小和最大值。这可以用作在Input Positions中输入值的替代方法。它将自动填充位置1和位置2的输入。
   b.输入位置1、2
   i.输入位置为磁体旋转的度或伏特的预增益值。
   C所需位置1和2
   一世。所需位置确定系统的增益。
   天。限制1和2
   i.这将调整HIGH_CLAMP和LOW_CLAMP值。
   e.限制动作-夹紧和/或翻转
   我激活夹紧、翻转或两者。

3.将输出设置为所需值（例如，参见图20），选择“计算并编程设备”。这将为所需输出设置适当的EEPROM寄存器。

4.最后，验证输出是否正确选择“验证框中的”开始测试“。将出现在输入值和输出值上的灰线。由于磁体旋转，灰线将在两个条上移动到两个杆上的增益值。通过移动到操作选项卡并选择“开始读取”，将出现相对于时间的电压图。这可以用作所需输出的额外验证。