在短行程应用中使用A1330
在短行程应用中使用A1330
特雷弗·拜斯和威廉·威尔金森，
亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems, LLC
摘要
本应用说明是使用A1330角度传感器IC短行程旋转位置传感，包括磁体选择和方向的信息。本文将概述设置A1330短冲程应用程序所需的EEPROM寄存器的过程。亚博尊贵会员包含了两个附录，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Samples Programmer GUI中使用短笔画修剪选项卡。
简介
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)被定义为磁旋转角小于360°是由大规模集成电路的输出表示。实现全面输出子- 360°旋转用户可以使用ADC的整个动态范围。亚博尊贵会员应用程序
通常理想的短行程包括:
- 踏板位置
- 油箱液位传感器
- 齿轮的位置
- 节流阀和/或阀门位置
- 致动器位置
Allegro A1330磁性角度传感器IC非常适合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轻松读取和验证。
- 高低角钳:可调输出饱和度是高度可配置的。
- 用户可配置增益和偏移量:为了在输入变化很小的情况下实现全尺寸输出，Gain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。它验证磁铁是否处于有效的操作位置。
系统基本配置
A1330采用8针TSSOP封装，单或堆叠双模(推荐用于需要冗余的系统)，并测量封装平面内磁场的角度。磁铁直接安装在封装上方(如图2所示)，可以使用两种不同的气隙定义:晶体气隙和封装气隙。在本文档的其余部分，包装气隙被用来指气隙。CVH(圆形垂直大厅)直接位于单模包的中心，两个CVH(在双模包中)靠近中心(参见数据表了解具体测量细节)。
旋转传感磁系统设计
合适的磁体尺寸和标称气隙是角度传感的关键。A1330可以感应高达1200g的磁场，这意味着可以使用更大的磁铁来减少杂散磁场可能对系统产生的任何不必要的影响。当场强大于1200g时，不会对设备造成损坏。在大磁场中操作A1330还将降低噪声，提高角度精度，并增加IC输出信号的有效分辨率。有关噪声性能的其他信息，请参阅本文档后面的噪声部分。
短行程和编程参数根据最终应用和系统要求，不同的参数可能比其他参数更重要。以下是短行程应用程序可用的可编程设置。亚博尊贵会员短行程(SS)位必须启用，以调整增益和MIN/MAX_INPUT寄存器。
图3是短行程流程图的简化版本，表1是EEPROM中可用的短行程寄存器和位置。
表1:短行程寄存器
| 注册的名字 | 简称 | 地址 | 位 |
| Pregain抵消 | PREGAIN_OFFSET | 0 x3a | 23:12 |
| 短行程使能 | 党卫军 | 0 x3b | 25 |
| 获得 | 获得 | 0 x3b | 12:0 |
| 夹使 | CE | 0 x3c | 25 |
| 翻转使 | 罗伊 | 0 x3c | 24 |
| 最大输入 | MAX_INPUT | 0 x3c | 23:12 |
| 最低输入 | MIN_INPUT | 0 x3c | 11:0 |
| 极性调整 | 阿宝 | 0 x3d | 24 |
| Postgain抵消 | POSTGAIN_OFFSET | 0 x3d | 23:12 |
| 低夹 | LOW_CLAMP | 0 x3d | 11:0 |
| 高夹 | HIGH_CLAMP | 0 x3d | 5:0 |
PREGAIN_OFFSET
PREGAIN_OFFSET允许在应用增益之前将角度调零，或重新映射到磁铁的当前位置。通常这是编程的第一个寄存器，与中风无关。PREGAIN_OFFSET是一个12位的值(0-4095)，位于EEPROM 0x3B位13:24，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In是机械角度，基本上绕过了这个块。当设置为“1”时，角度是互补的(见公式1)。极性调整是位于EEPROM 0x3D位24的单个位。建议先设置“PREGAIN_OFFSET”，再设置“POLARITY ADJUST”。这是因为PREGAIN_OFFSET改变了观测到的零角。
方程式1:极性调节
角度In = 360°-机械角度
MIN_INPUT和MAX_INPUT
IC将预获得的角度值与MIN_INPUT和MAX_INPUT EEPROM字段设置的边界进行比较。如果角度超出了已建立的边界，输出将显示由意外角度值引起的错误。为了使该功能正常工作，需要将上拉电阻或下拉电阻连接到输出端。电阻的方向取决于ECU的所需配置。
此功能对于启用夹持的应用程序非常有用，否则将掩盖过多的亚博尊贵会员角度移动。MIN/MAX_INPUT是位于EEPROM 0x3C中的12位值，分辨率为0.088°/bit。
获得
GAIN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。GAIN是数字化应用，能够将11.25°的输入角度扩展到满量程输出旋转(32×)。
需要注意的是，在具有高增益的应用中，前端噪声亚博尊贵会员会按比例放大。在这种情况下，强烈建议使用角度平均特性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比特0:12的13位值，每增加一位增益的分辨率为0.0039×，即代码1 =原始信号的1.0039×。
计算获得
POSTGAIN_OFFSET
POSTGAIN_OFFSET类似于PREGAIN_OFFSET，但有一个小警告:它用于在应用增益后偏移角度。该寄存器将输出信号从0°位置移开。图形描述见图4，计算见式5。通常，POSTGAIN_OFFSET在机械极端情况下被用作缓冲区。POSTGAIN_OFFSET是一个12位的值，位于EEPROM 0x3D位11:23，分辨率为0.088°。
为了得到所需的延迟转换点，使用下面的公式5。图4是POSTGAIN_OFFSET函数的图形表示。
公式5:POSTGAIN_OFFSET
(期望机械偏移从0°×增益值)-低_Clamp(°)
利用公式5得到图4:
后增益偏移=(30°× 4) - 60°
后增益偏移= 120°- 60°
后增益偏移= 60°
因此，根据图4，为了实现从零角度30°的偏移，需要60°的POSTGAIN_OFFSET。
Low_clamp和high_clamp
LOW_CLAMP和HIGH_CLAMP指定最小和最大输出电压波动(或PWM占空比);默认情况下，这些值设置为V的5%和95%CC．参考表2和表3的输出夹具的适当代码。通常，LOW/HIGH_CLAMP值以伏特表示;然而，它们也可以被认为是根据预增益(机械)价值角度。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)。
夹紧使能和翻转使能
Rollover Enable (ROE)是一种可编程设置，允许输出在达到高状态后返回到低状态(反之亦然)。这可以使用或不使用钳来完成。箝位使能位(CE)使能调整HIGH/LOW_CLAMP，默认设置为VCC的5%和95%。翻转和箝位使能(CE)位分别位于EEPROM 0x3C，位24和位25。关于夹紧和翻转的各种迭代，请参考表4。图5和图6比较了有和没有夹紧/翻转时的输出。
表4:夹紧和翻转选择
| CE | 罗伊 | 描述 |
| 0 | 0 | 正常的行为。 在标准模组360度翻转。 |
| 0 | 1 | 输出翻转在高和低钳位 值。 |
| 1 | 0 | 输出夹具在第一次遇到高/ 夹紧值低。 |
| 1 | 1 | 在标准模块360处发生翻转。 输出被夹到高/低夹值。 |
图5:有侧翻和无侧翻夹持
图6:无夹紧与无夹紧
翻转使
注意，在图6中，与图5相比，有更多的高到低钳位值;这是由于LOW_CLAMP和HIGH_CLAMP。用于创建图5和图6的设置如下:
表5:夹紧设置
| 注册的名字 | 代码 | 价值 |
| PREGAIN_OFFSET | 0 | 0 |
| 获得 | 768 | 4× |
| LOW_CLAMP | 10 | 40° |
| HIGH_CLAMP | 10 | 320° |
短笔画示例
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样本程序员用户手册。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°的旋转发生，然后每个模具将斜坡以不同的速率(50 mV/°和25 mV/°)为额外的60°，在这一点上，两个模具将保持20°的高钳位。
图7:示例应用程序输出
使用Samples Programmer有两种方法来编程A1330。第一种方法是使用短行程修剪选项卡(见图8)。该方法将在附录b中介绍。另一种方法是通过EEPROM选项卡。通过使用EEPROM选项卡，短行程修剪选项卡中不可用的寄存器可用。
图8:短描边标签
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。微处理器将通过将模具1和模具2分开来验证角度读数。
A1330必须符合以下规格:
表6:EEPROM值
编程过程
1.启动程序，设置零角度:
a.将A1330连接到ASEK20(如图9所示)，ASEK20连接到您的计算机。
图9:插入ASEK20的子卡上的A1330
b.打开“Samples Programmer”软件，上电A1330。使用A1330封装上方的磁铁，按下电源(使用GUI右侧的按钮)。通过按“读取输出”(位于右侧)，“读取一次”(位于GUI的左上角)或“开始读取”(位于GUI的左上角)来读取输出;这将轮询传感器从EEPROM甚至间隔)。
图10:A1330 Sample Programmer Demo Tab
c.要将A1330重新映射到磁体当前角度位置的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°重新分配到该位置。
2.eepm编程:EEPROM选项卡包含用户可用的所有寄存器。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”。选择短描边字段。
a.短行程字段:在EEPROM选项卡上选择的短行程字段菜单包含用于短行程应用的寄存器集合。亚博尊贵会员为了实现示例应用程序，将表7中的值应用到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)短冲程
eepm设置
图12:模具2(半比例)短冲程
eepm设置
3.验证输出:为了验证EEPROM设置是否正确，将dmm(数字万用表)连接到输出并扫描角度旋转。需要对转换点进行的任何调整都应该通过更改POSTGAIN_OFFSET来完成。POSTGAIN_OFFSET与增益值直接相关，例如，为了获得模具1的1°机械变化，大约需要4°POSTGAIN_OFFSET。
因此，这些是POSTGAIN_OFFSET所需的值:
模具1(全尺寸)
Postgain_offset =(20°× 4) - 40°= 40°
模具2(半比例)
Postgain_offset =(20°× 2) - 20°= 20°
通常，POSTGAIN_OFFSET在机械极端情况下被用作缓冲区。
4.设置最小输入和最大输入:在系统上设置最小和最大输入限制是对用户的警告，即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，在这个例子中，合适的值可能是:
- Min_input = 10°
- Max_input = 90°
如果磁铁进入任何一个范围(即低于最小输入，10°，或高于最大输入，90°)，那么输出三态。一旦磁体返回到适当的角度，那么输出将恢复正常工作。
结果
应用实例中使用的磁体为8mm(宽)× 3mm(厚)N35镀镍稀土磁体，通过直径磁化;不同气隙的磁体强度见图13。测试的气隙在1mm到1.5 mm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8毫米圆盘磁铁在气隙上测量的场强
角精度
确定A1330短冲程的精度需要一个理想的情况。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。为了进行准确的比较，只考虑线性斜率(减去两个过渡点)。
图14:角度精度超过编码器位置
图14由式9计算:
公式9:角度误差
误差模具1 =理想模具1 -测量模具1
误差模2 =理想模2 -测量模2
A1330的标称灵敏度约为12.5 mV/°;然而，由于每个芯片都有不同的增益值，灵敏度也随之变化。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，为了将角度误差控制在1°以内，每个输出必须分别在理想输出的50 mV和25 mV范围内。
Die 1输出的最大误差为11毫伏，半刻度输出的最大误差为13毫伏。因此，每个输出的误差都大大小于1°，即模具1的误差为0.22°，模具2的误差为0.52°。
0
图15:噪声(1 σ) vs场强温度(ANG_AVG = 0)
根据终端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(见表8和图16)，以及增加A1330观察到的整体场强(见图16)。例如，在本文档中，ANG_AVE设置为000，这意味着数据在IC的输出端每25 μs刷新一次，并且有8-10个ENOB。对于大多数应用程序亚博尊贵会员，设置ANG_AVE = 4就足够了，因为它可以为用户提供足够快的刷新率，并降低噪声。
图16:在不同磁场和温度下测量的ENOB
结论
A1330磁角传感器IC在短行程应用中工作良好，当人们需要在360°磁旋转下全量程输出时。亚博尊贵会员基于cvh的角度传感器ic，特别是A1330，非常适合短行程应用，因为它们可以在低和高磁场下工作。亚博尊贵会员小型的8针TSSOP封装非常适合PCB空间有限的应用程序。亚博尊贵会员A1330提供可调的内部平均，允许响应时间换取分辨率。由于传感器IC外部所需的组件最少，A1330是适用于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通用迭代。
配置一个
图17:配置A的输出
配置A是一个常见的输出油门位置感应。当两个输出相加时，结果总是相同的。这增加了安全需求所需的冗余。微处理器内部的检查可以验证输出，并在出现问题时提醒用户。
要实现配置A，请遵循以下步骤:
- 连接ASEK20，使用软件portal上的A1330软件。
- 确认COM口与软件通信正常。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，点击它，就会出现一个新窗口。选择正确的COM端口并单击“确定”。
- 选择双模和模拟或PWM输出。通过单击窗口右侧的“Power on”打开设备。
- 在磁铁到位后，选择“Read Output”。这将显示磁铁当前的读数。选择“零偏移”将A1330的0°角读数重新映射到当前磁体角度位置。如果读取EEPROM寄存器，特别是PREGAIN_OFFSET，这将很明显。
- 选择“EEPROM”选项卡。在拉菜单上，选择“短描边字段”。这只显示了与短笔画有关的寄存器。
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一个网关编程A1330短行程输出。这个附录将突出Short Stroke Trim选项卡的要点(图18)。有些寄存器在此选项卡中不可用，即POSTGAIN_OFFSET, POLARITY ADJUST和MIN/MAX_INPUT。为了调整这些寄存器，请返回到主文档。
图18:短描边修剪标签
使用短行程修剪选项卡编程a1330
- 打开Allegro A1330 Samples Programmer，连接COM(由窗口右下角的绿色框指示)，设备通电，磁铁位于设备上方，导航到窗口左上角的短行程装饰选项卡。有两种计算输出的方法，一是以度计算，二是以伏计算。在本演练中，输出单位为伏特。这可以通过调整Output Units旁边的下拉菜单来操作。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中的值将被调整到正确的相应值(即359°≈4.75 V)。
- 输出单位更改为伏特后，窗口将如图19所示。在“修剪”框中有几个选项:
a.开始/停止读取
i.该方法实时读取磁体旋转的最小和最大角度值。这可以用作在输入位置中输入值的替代方法。它将自动填充位置1和位置2作为输入。
b.输入位置1和2
i.输入位置是预增益值，单位是磁体旋转的度或伏。
c.期望职位1和2
i.期望位置决定了系统的增益。
d.限制位置1和2
i.调整HIGH_CLAMP和LOW_CLAMP的值。
e.限制动作-夹紧和/或翻转
i.激活夹紧，翻转，或两者。
图19:短行程修剪标签-输出单位电压
3.将输出设置为所需的值(例如，参见图20)，选择' Calculate and Program Device '。这将为所需的输出设置适当的EEPROM寄存器。
图20:Short Stroke Trim选项卡中的调整值
图21:EEPROM设置
4.最后，要验证输出是否正确，请在验证框中选择“Start Test”。输入值和输出值上都将出现一条灰色线。当磁体旋转时，灰色线将相对于增益值在两个棒上移动。通过移动到Operational选项卡并选择“Start Reads”，将出现电压与时间的关系图。这可以用作所需输出的附加验证。