低功耗和旋转计数传感与A1339角度传感器IC
低功耗和旋转计数传感与A1339角度传感器IC
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
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(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角度传感器集成电路适用于电池供电的应用(汽车或非汽车)，需雷竞技最新网址要传感器在多个任务模式下运行。
即使在关闭状态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，这些电机和安全带系统都是减速的，因此多个角度传感器旋转需要由角度传感器IC计算A1339包括计算磁铁旋转匝数的电路。当传感器集成电路连接到汽车电池时，它们还必须具有低功耗模式，以确保电池的有效使用。通常情况下，即使车辆处于关机状态，传感器IC也必须跟踪磁体的转弯计数(tc)。的A1339监视并跟踪TCS，即使设置为低功耗模式也是如此。这将确保系统可以
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。的A1339通过执行绝对角度测量和tc跟踪，降低了系统级的复杂性，并消除了许多系统组件，同时在车辆熄灯时保持低电池功耗(100 μA)。
概述A1339
的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。它还包括用于柔性终端的片上EEPROM技术
标定参数编程。的A1339适用于需要0°至360°角度测量的汽车应用，如电雷竞技最新网址子动力转向(EPS)、旋转换挡(PRNDLs)、安全带张紧器和油门系统。
的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是否有能力报告直接角度输出(12/15位数字角度输出报告在选定的输出接口)或转数
(TC)输出，它是磁目标在顺时针或逆时针方向所做的转数的量化跟踪计数。
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”。
的A1339是专为电池供电的应用，跟踪目标的旋转任务可以划分为两种任务模式之一雷竞技最新网址。第一种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，并以全分辨率提供角度输出的测量(这是正常功率模式A1339）.
第二种任务模式(低功耗模式)可视为回合跟踪模式。在这种模式下，传感器IC不需要以全分辨率跟踪角度——跟踪就足够了
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时，将转弯定义为45°或180°。循环计数值存储在主串行寄存器中，可以在任何时候通过SPI或曼彻斯特协议(外部)读取
行分钟)。该值存储为12位2的补码带符号值。
正常功率模式
在正常功率模式下,IC吸引最大电流(名义上12 mA-see正常模式电源电流在A1339规范数据表的更多细节)操作的完整的特性集,并更新最快的速度角度输出寄存器所选择的内部平均设置(演讲)(参见A1339数据表的更多细节)。
低功耗模式
在低功耗模式(LPM)中，IC不提供SPI、PWM、UVW/ABI或曼彻斯特接口上的角度读数，大多数模拟和数字电路被关闭，传感器IC周期性地在两种不同的状态之间循环。大多数时候，传感器IC处于低功耗的静态电流“休眠”状态(ICC< 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ICCμA与可编程睡眠时间(t睡眠）.
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
某些电池驱动的应用需要IC在长期存储和/或运输过雷竞技最新网址程中特别低的功耗(例如，当一辆新车从装配线运输到经销商时)。为了满足这一需求，A1339采用了一种被称为传输模式的超低功率模式。传输模式用于使A1339进入深度睡眠状态，以实现超低功耗。在此模式下，传感器IC不跟踪角度或转弯计数。通常，IC在传输模式下，每个芯片消耗60 μA的电流。
后销
A1339提供了一个WAKE输入引脚。此引脚旨在将设备从低功率模式休眠状态唤醒。该WAKE引脚可用于特殊情况下，电机加速度过高，系统无法等待整个低功率睡眠时间到期。当WAKE引脚上的电压阈值超过V后(你好)， 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。
的A1339当WAKE引脚电压高于V时，会从睡眠状态离开清醒状态吗后(嗨)，当电压降至V以下时返回后(低)．
设置扰流针阈值
WAKE引脚高阈值水平，以及低值和高值之间的迟滞，通过EEPROM可编程。这使得LPM睡眠的入口和出口与特定的RPM值一致，通过一系列电机设计和整流电路实现。这些值是通过两个EEPROM字段来控制的，“wp_thres”调节V的阈值后(你好)和“wp_hys”，控制V后(你好)和V后(低)．
当结合迟滞和阈值时，EEPROM字段允许选择表1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 | 0 x1b (0 x5b) [9:8] | 2 | 012 | 选择V之间的电压差后(你好)和V后(低）.50, 150, 300, 400 mV选项。 |
| wp_thres | 0 x1b (0 x5b)(七) | 3. | 0002 | 选择V后(你好)阈值。 |
表2:WAKE引脚阈值设置
| 后阈值 | 后磁滞 | 阈值(上升) (mV) |
滞回电压 (mV) |
阈值 (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 | 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 |
之间的过渡模式
的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后(你好)）.这确保了当传感器IC处于低功耗模式时，目标旋转过快不会丢失有价值的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首先以清醒状态进入LPM，如果满足B支路所述的条件，则传感器IC将进入休眠状态，并自动在清醒状态和清醒状态之间切换
基于程序的睡眠睡眠．相反，传感器IC可以通过满足分支C的先决条件从外部强制其进入清醒状态。
在LPM期间的任何时候(在清醒或睡眠状态)，NPM可以通过将任何SPI输入线置于V之上重新进入伊尔．
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) |
低功耗模式 (行分钟) |
传输模式 (TPM) |
|
| 角度传感器 功能 |
可用的通信
|
可用的通信
|
可用的通信
|
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 |
14ma每模公称 | 每个模具100 μA标称* *ICC根据可编程而变化 |
≈60 μA公称每个模具 |
使传输模式
传输模式类似于LPM，但没有周期性的唤醒来跟踪转弯。这使得传感器IC能够在消耗尽可能少的电流的同时保持与带电电压源的连接。
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 (0 x00) |
注册 Symbo.l |
解决字节(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 | ||||
| 0 x1e | ctrl | 特殊的 | 0 | cls | slw | 继续教育 | initiate_special | 0 x1f | |||||||||||
用户可编程功能低功耗模式和旋转计数
的A1339允许其LPM功能的显著可编程性，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delta。控制这个的EEPROM字段如表5所示。
“lpm_wake_threshold”指定“wake”状态之间的最大角度增量。与“lpm_cycle_time”一起，这些字段指定传感器IC将进入其“睡眠”状态(SAWAKE(TH))的最大RPM。默认设置为≈100 RPM。
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:用户可编程功能低功耗模式和旋转计数
| 场 | eepm地址(位) (阴影) |
默认的 | 价值 | 函数 |
t45 |
0 x1d(0 x5d) [23] | （1） | 0 | 转弯每180度增加/减少一次 |
| 1 | 转弯每45度增加/减少一次 | |||
| tpmd | 0x1d（0x5d）[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 | 0 x1d (0 x5d) [20] |
0 | 0 | 使升分钟 |
| 1 | 禁用行分钟 | |||
| lpm_cycle_time | 0 x1d (0 x5d)[十七12] | (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_wake_threshold | 0 x1d (0 x5d) [10:0] | (01010011111)2 (671)10 |
- - - - - - | 与尾流速度相等的角差 阈值。也用于正常电源模式，以决定进入LPM。12位角分辨率。0 - 180度。默认的59°。 |
给定睡眠时间的最大转速
在LPM中，A1339周期性地退出睡眠模式以监测磁位置并更新匝数。这个睡眠周期决定了最终的LPM电流消耗，以及可以安全地跟踪转弯的最大转速。
当传感器IC休眠时，磁体所移动的角距离的确定由一个运动学方程控制，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是速度(RPM)，
T是睡眠时间，单位是秒
α在某个特定的ν(以°/s为单位?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
在高加速度下的主导因素。即使初始速度为0 RPM，恒定加速度为6000°/s2150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 ICC价值。
在设计一个系统时，考虑RPM和电流比考虑RPM和睡眠时间更有用。当以这种方式绘制时，最大RPM与LPM电流消耗呈相对线性关系。如图7所示，表6用数字表示。
表6:最大转速和近似平均ICC值。6000°/ s2加速度
| 最大转速 | 平均我CC(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适用于简化复杂的机械设计，在关闭条件下跟踪磁目标位置，而不损害系统的整体鲁棒性和可靠性。
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