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
By Trevor Buys and William Wilkinson,
亚博棋牌游戏Allegro微系统有限责任公司
Introduction
多种应用，包括亚博尊贵会员工业自动化以及机器人技术电子动力转向（EPS）and motor position sensing require monitoring the angle of a rotating target. The design of any successful angle measurement system for such applications needs to be based on the user’s requirements. This application note covers the use of the AllegroA1339角度传感器IC对于需要传感器在多种任务模式下工作的电池亚博尊贵会员供电应用（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要求即使在钥匙关闭的情况下也能跟踪角度位置。在亚博尊贵会员钥匙关闭状态下，车辆中的大多数电压调节器不工作。因此，必须在钥匙关闭状态下工作的传感器通常直接由汽车电池（12伏）供电。此类应用的示例包括但不限于：
- Seat-belt passive safety systems
- 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包括计算磁铁转动圈数的电路。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，以启用高效电池用法。非常好通常，即使车辆处于钥匙关闭状态，传感器IC也必须跟踪磁铁的匝数（TCs）。这个A1339监视并跟踪TCs，即使设置为低功率模式。这将确保系统能够
在钥匙打开或关闭模式下使用A1339时，准确且一致地跟踪方向盘位置或安全带延伸。传统上，这种关闭键的要求是通过相对复杂的机械和电子元件的组合来实现的。这个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
该A1339is Allegro’s fastest 360° angle sensor IC and provides contactless high-resolution angular position information based on magnetic Circular Vertical Hall (CVH) technology. It has a
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
校准参数编程。这个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。
该A1339角度传感器IC器件设计用于支持多种应用，并具有多种工作模式，按输出格式或功耗组织。亚博尊贵会员
通过SPI或曼彻斯特接口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。
由功耗来描述A1339features a Normal Power Mode, a Low Power Mode, and an ultralow power Transport Mode.
该A1339是为电池供电的应用而设计的，在这种应用中，跟踪目标旋转的任务可以划亚博尊贵会员分为两种任务模式之一。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的测量值（这是计算机上的正常功率模式）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
the Turns Count value of the target. The size of one turns-count unit can be preselected via EEPROM setting in the A1339 to be either 180 or 45 degrees. The A1339 tracks –2048/+2047 turns
或–512/+511，分别将转弯定义为45°或180°。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（外部）随时读取
of LPM). The value is stored as a 12-bit 2’s complement signed value.
正常功率模式
在正常功率模式下，IC消耗最大电流（名义上为12 mA，详见A1339数据表中的正常模式电源电流规格）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（详见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“休眠”状态（ICC.< 100 μA). In this state, power is removed from the analog transducer and no angle measurements take place.
Periodically, the sensor IC will enter an “awake” state to monitor the magnet position via a reduced power signal path and update the turns count (ICC ≈ 7 mA). The sleep-time of the Low Power Mode operation can be adjusted by the user based on the application, by programming on-chip EEPROM memory. Figure 2 shows average ICC.in μA versus the programmable sleep-time (t睡觉）。
SPI输入插脚(莫西人,SCLK CS)作为the primary arbiter of LPM. When all three pins are brought low for at least 60 μs, the sensor IC will enter Low Power Mode (“awake” state). The ABI and PWM pins are tristated and a majority of the digital and analog circuitry is powered down. If conditions [BT1] are met, the sensor IC will enter the “sleep” state and periodically cycle between the “sleep” and “awake” states to monitor the position of the magnet and update turns tracking.
该WAKE pin is used to externally force the “awake” [BT2] state. When the WAKE pin is brought above a programmable threshold, the sensor IC will enter its turns tracking “awake” state and monitor position. Likewise, if an excessive RPM is observed, the sensor IC will enter its “awake” state to prevent missed magnetic rotations.
Transport Mode
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。
尾销
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将从睡眠状态中醒来并开始连续跟踪转弯。该引脚通常连接到所用电机的反电动势电压信号的滤波版本。这允许在高加速事件的情况下，从电机到匝数计数电路的快速反馈。星形三相电动机反电动势的符号波形表示，以及滤波电路示例如下所示。
该A1339当唤醒引脚电压上升到V以上时，将从休眠状态退出唤醒状态唤醒（嗨) and return once the voltage drops below V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，可通过EEPROM编程。这允许LPM睡眠的入口和出口与特定的RPM值一致，跨越一系列电机设计和整流电路实现。这些值是通过两个EEPROM字段控制的，即“wp\u thres”，用于调整V的阈值醒来（嗨）以及“wp_hys”，它控制V之间的滞后醒来（嗨）and 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。
Table 1: WAKE pin threshold and hysteresis control bits
| 字段Name | EEPROM（阴影）位置 | 大小（位） | 违约 | Function |
| 可湿性粉剂 | 0x1b（0x5b）[9：8] | 2 | 01.2 | Selects voltage difference between V醒来（嗨）and V唤醒（低）。50,150,300,400 mV选项。 |
| wp_thres | 0.x1B (0x5B) [7:4] | 3. | 000.2 | 选择V.醒来（嗨）门槛。 |
表2：唤醒引脚阈值设置
| 尾流阈值 | 尾迹滞后 | 阈值（上升） （毫伏） |
Hysteresis Voltage （毫伏） |
门槛 （坠落） （毫伏） |
|||
| 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 | 10.0. |
| 0. | 0. | 0. | 1 | 1 | 300 | 400 | 10.0. |
| 0. | 0. | 1 | 0. | 0. | 350. | 50 | 300 |
| 0. | 0. | 1 | 0. | 1 | 350. | 150 | 20.0. |
| 0. | 0. | 1 | 1 | 0. | 350. | 300 | 10.0. |
| 0. | 0. | 1 | 1 | 1 | 350. | 400 | 10.0. |
| 0. | 1 | 0. | 0. | 0. | 400 | 50 | 350. |
| 0. | 1 | 0. | 0. | 1 | 400 | 150 | 250. |
| 0. | 1 | 0. | 1 | 0. | 400 | 300 | 10.0. |
| 0. | 1 | 0. | 1 | 1 | 400 | 400 | 10.0. |
| 0. | 1 | 1 | 0. | 0. | 4.5.0. | 50 | 400 |
| 0. | 1 | 1 | 0. | 1 | 4.5.0. | 150 | 300 |
| 0. | 1 | 1 | 1 | 0. | 4.5.0. | 300 | 150 |
| 0. | 1 | 1 | 1 | 1 | 4.5.0. | 400 | 10.0. |
| 1 | 0. | 0. | 0. | 0. | 500 | 50 | 4.5.0. |
| 1 | 0. | 0. | 0. | 1 | 500 | 150 | 350. |
| 1 | 0. | 0. | 1 | 0. | 500 | 300 | 20.0. |
| 1 | 0. | 0. | 1 | 1 | 500 | 400 | 10.0. |
| 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 | 4.5.0. |
| 1 | 1 | 0. | 1 | 0. | 600 | 300 | 300 |
| 1 | 1 | 0. | 1 | 1 | 600 | 400 | 20.0. |
| 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. |
模式间转换
该A1339它的设计使得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）之间进行转换。类似地，传感器IC将根据磁转速在LPM的两种不同工作状态之间转换，或超过尾针阈值（V醒来（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。
To better understand this, consider a few scenarios based on the state diagram shown in Figure 5, as well as the information shown in Table 3. Assume that the sensor IC is powered up and in NPM. It would therefore be able to provide all the functionality as described under NPM in Table 3. Now, if the controller decided to save power and enter LPM, then it would have to satisfy the conditions outlined in branch A of Figure 5.
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将进入其睡眠状态，并在唤醒和恢复之间自动交替
基于编程的T睡眠睡觉. 相反，通过满足分支C的先决条件，传感器IC可以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可以通过使任何SPI输入线高于V来重新进入伊利诺伊州。
以类似的方式，通过满足状态图的分支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
| 正常功率模式 （净现值） |
低功率模式 （LPM） |
Transport Mode （TPM） |
|
| 角度传感器 Functionality |
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：
*TC values are tracked in LPM, but available for read-only upon exiting LPM. |
可用角度输出数据：
|
|
| 当前 Consumption |
每模14 mA标称值 | 10.0.μA nominal per die* *ICC根据可编程 |
每个模具的标称电流约为60μA |
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。
Transport Mode must be enabled prior to bringing the SPI lines low. This is accomplished by writing a 6 to the “special” operation field within the CTRL serial register (0x1E).
Once enabled, the next time the sensor IC detects a LPM request (indicated by the SPI lines being brought low), it will enter Transport Mode.
表4:A1339控制串行寄存器
| 地址 （0x00） |
寄存器 符号L. |
寻址字节（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. | 特殊的 | 0. | cls公司 | slw公司 | 克莱 | 启动\u特殊 | 0x1f. | |||||||||||
低功率模式和匝数计数的用户可编程功能
该A1339允许其LPM功能的显著可编程性，例如转弯的大小、LPM期间的休眠时间以及转弯之间的最大角度增量。控制这一点的EEPROM字段如表5所示。
“lpm\u wake\u threshold”指定“wake”状态之间的最大角度增量。这些字段与“lpm\u cycle\u time”一起指定传感器IC将进入其“睡眠”状态（SAWAKE（TH））的最大转速。默认设置为≈100 RPM。
If the measured RPM exceeds this value, the A1339 will not reenter its “sleep” state and will instead continuously monitor turns, until the RPM drops below the threshold with default values.
表5：低功耗模式的用户可编程功能，然后转换为计数
| 字段 | EEPROM地址[位] （阴影） |
违约 | Value | Function |
t45级 |
0x1d.（0x5D）[23] | （1） | 0. | Turns are incremented/decremented every 180 degrees |
| 1 | 转弯递增/递减每45度 | |||
| 胎压监测器 | 0x1D（0x5D）[21] | 0. | 0. | 允许使用传输模式（仍然必须通过CTRL寄存器发出） |
| 1 | 禁用传输模式 | |||
| LPMD. | 0x1d（0x5d）[20] |
0. | 0. | 启用LPM |
| 1 | Disables LPM | |||
| lpm\周期\时间 | 0x1d（0x5d）[17:12] | (001011)2 (11)10. |
- | 低功率循环（休眠）时间，增量为8.192 ms。遵循公式[（n+1）×8 ms]。默认值为98.3毫秒。 |
| lpm\U唤醒\U阈值 | 0x1D（0x5D）[10:0] | （01010011111）2 (671)10. |
- | 与尾流速度相等的角差 门槛。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°。 |
Maximum RPM for a Given Sleep Time
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是最大期望角行程，通过“lpm\U wake\U 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显示了给定睡眠时间的最大转速，假设每个睡眠周期的默认最大角度偏差为59°（lpm\u wake\u threshold）。选择此默认角度偏转时，应确保A1339当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稍微不太保守的值。调整此值时，Allegro建议将其设置为不大于90°（如果在一个睡眠周期内检测到大于135°的磁铁偏转，则TCW警告标志将显示）。这提供了180度的安全裕度，之后相对方向的变化是不明确的。
从图6可以看出，最大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项成为
高加速率下的主导因素。即使初始速度为0 RPM，恒定加速度也为6000°/s2for 150 ms will result in greater than 59° of angular deflection. Therefore, it is not just the maximum RPM, but also the maximum acceleration which determines the length of sleep time, and thus the final LPM ICC.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加快
| 最大转速 | 平均ICC.(μA) |
| 1200 | 220. |
| 600 | 140. |
| 400 | 110. |
| 220. | 90 |
| 10.0. | 75 |
Conclusion
除了提供非接触式磁角度传感的所有标准优点之外A1339also offers the ability to operate in stringent battery-powered (including automotive) systems that require low power consumption. Lastly, with its ability to track Turns Counts in both normal and low-power mode, theA1339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。
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