AS5040中文版.pdfAS5040全部研发资料，提供PWM输出以及SPI和ABZ接口，为微控制器

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详细说明：AS5040全部研发资料，提供PWM输出以及SPI和ABZ接口，为微控制器提供绝对角度测量。在进行机械设计时无须考虑芯片初始零位和它所使用磁铁磁极的精确配对，取而代之的方案是：零位可以通过软件编程使用简单的SPI命令（无需特殊的编程设备）即可编程进AS5040内部的存储器。As504010位可编程磁旋转编码器 austriamicrosystems cSn接逻辑高电平时,可将数据输出引脚(DO)置引脚8(Pg月于在OTP内编程设置不同的增量为三态,并终止串行数据传输。脚也用于对准模式接口模式、增量分辨率和零位(参见第16页)。 (见第19页)以及编程模式(见14页) 菊链配置模式下,此引脚也用作数字输入,将串行引脚12允许采用单根连线输出10位绝对位置值。数据移位通过器件(参见第10页) 此数值被编码成脉宽调制信号,脉宽的步长为1s( 整圈为1ψs至1024μs)。通过使用外部低通滤波引脚11为片选(CSn;低电平有效),可在AS5040 器,数字PWM信号可以转换成模拟电压,从而可以编码器网络内选定任一器件并启动行数据传输直接取代电位器电气特性极限参数(非工作条件) 工作条件超出“极限参数”所列出的数值范围时,可能导致器件永久性损坏。这些数值只是极限数值。在这些极限条件下或其它任何超出“|作条件”部分所规定的条件下,并未隐含心片能彰常作。长期作在极限条件下可能影响器件的可靠性。参数符号最小值最大值单位注释引脚VDD5V的直流供电电压 VDD5 -03 月脚VDD3V3的直流供电电压|vDy353 -03VDD5V+03 引脚 Maginn, MagDecn,CLK和CSt 输入引脚电压 -03 7.5 引脚Pr 入电流(不会闭锁) -100 100 mA规范: JEDEC78 静电放电 ESD ±2 K|规范:ML83 E method3015 贮存温度 Tstr -55 125 最小值-67°F;最大值+257°F t=20全40s,规范:| PCJEDEC J-Std-020C 本体温度(无铅封装) 引脚镀层为100%的锡“雾锡式” 湿度,无凝水 H % 工作条件参数符号最小值型值最大值|单位注释环境温度 Ta 125°-40F-+257F 供电电流 16|21 mA 引脚VDD5V的外部供电电压 VDD5V 4.5|5.0 55 5V工作方式引脚VD3V3的稳压器输出压 VDD3V33.0|3 3.6 引脚VD和VD33外部供电电压vD303336 √|3.3V工作方式(引脚VDD5V和 VDD3V3 3.0 36 VDD3V3相连) Revision 1.7 www.austriamicrosystems.com ge 3 of 28 AS504010位可编程磁旋转编码器 austriamicrosystems 数字输入和输出的直流特性施密特触发器输入: 内部上拉 (工作条件:Tmb=-40至+125°C,VDD5∨=3.0-3.6V(3V工作)VDD5V=4.5-5.5V5V工作),除非另有规定) 符号最小值最大值单位注释高电平输入电压 0.7*VDD5V V|正常工作低电平输入电压 0. 3*VDD5V V 施密特触发器滞回 ∨ lon- viff 输入漏电流 LEAK A仅CLK 上拉低电平输入电流 -100 uA|仅csn,VD5:50V 编程输入 (工作条件:T3m=-40至+125°,VDD5V=3.036V(3V工作)DD5V=4.5-5.5V(5V工作)除非另有规定) 符号最小值最大值单位注释高电平输入电压 VIH 0.7* VDD5V V 高电半输入电压 VPROG 参见“编程条件” V|编程期间低电平输入电压 VIL 0.3 VDD5V 下拉高电平输入电流 liL 100 HA VDD5V: 漏极开路输出 (工作条件:Tmb=-40至+125°C,VDD5V=3.0-3.6V(3工作)YDD5∨=45-5.5V(5V工作),除非另有规定) 参数符号最小值最大值单位注释低电平输出电压 V VSS+0.4 VDD5V: 4.5V 输出电流 2 VDD5V 3V 漏极开路漏电流 UA 输出工作条件:Tamh=-40+125°C,VDD5∨=3.0-3.6V(3V工作)VDD5V=4.5-5.5V(5V工作),除非有规定) 符号最小值最大值单位注释高电平输出电压 VDD5V-0.5 低电平输出电压 OI VSS+0.4 VDD5V: 4 输出电流 A VDD5V: 3V 三态输出: (工作条件;Tmb=-40至+125C,VDD5V=3.0-3.6V(3V工作)DD5V=4.5-5.5V(5V工作),除非另有规定) 参数符号最小值最大值单位注释高电平输出电压 VOH VDD5V-05 低电平输出电压 VSS+0.4 4 MA VDD5V: 4.5V 输出电流 2 VDD5V 3V 态漏电流 A Revision 1.7 www.austriamicrosystems.com Page 4 of 28 AS504010位可编程磁旋转编码器 austriamicrosystems 磁输入规格 (工作条件:Tamb=-40至+125°C,VDD5V=3.0-36V(3工作)VDD5V=45-5.5V(5V工作),除非另有规定) 两极圆柱状径向磁化磁源: 参数符号最小值典型值最大值单位注释推荐磁铁:6mmⅹ2.5mm圆柱磁铁厚度 mag 2.5 mm 输入场强 T 晶片表面所要求的磁场强度的垂直分量,沿半径为1.1mm的同心圆周测量磁偏差 Boff ±10mT|恒定杂散磁场场非线性度 %包括偏差梯度 mag abs 输入频率(磁铁的旋 h/绝对值模式:600m1024个位置读数转速率) 增量模式:在高达1000pm的旋转速率下无丢失脉冲(参见表6) 0.25 规定的C封装中心与磁铁轴线之间的最大X-Y 偏离半径 Disp mm偏差(参见图21) 0485 芯片中心与磁铁轴线之间的最大X-Y偏差。芯片放置误差 ±0235mm片在C封装内的放置误差(参见图23) 推荐的磁铁材料和温 -0.12 NdFeB(钕铁硼度漂移 %IK -0.035 smco(钐钴) 电气系统规格 (工作条件:Tamb=-40至+125°C,VDD5V=3.0-3.6V(3工作)VDD5V=4.5-5.5(5V工作),除非另有规定) 参数符号最小值典型值最大值单位注释分辨率 RES 10 bit0.3520 7位 2813 8位 1406 可调分辨率仅适用于增量输出模式 eo 9位 0.703 最低有效位,最小步长 10位 0352 积分非线性(最优) 5de0最佳拟合直线下的最大误差。在最优磁铁对中情况下进行了验证,Tamb=25°c INTe 最佳拟合直线下的最大误差。在最优磁铁积分非线性(最优) ±09de对中情况下进行了验证,Tamb=40至最住拟合直线=( Armax-Er 积分非线性 ±14deg采用6mm直径的磁铁整个偏离误差范围内,Tamb=-40至+125°C 微分非线性 DNL ±0176deg10位,无失码转换噪声 TN 0.12 RMS 10下的RMS值回 st 0.704 eg仪增量模式上电复位门限接通电压:30m典型滞叵a1372229y直流供电电压3ND3 关断电压;30mV典型滞回Vam1081926V直流供电电压33VvDD3V3) Revision 1.7 www.austriamicrosystems.com Page 5 of 28 AS504010位可编程磁旋转编码器 austriamicrosystems 参数符号最小值典型值最大值单位注释上电时到偏差补偿完成为止系统传输延迟,绝对值输 ps包括ADC和DSP的延迟系统传输延迟,增量输出 192us计算需要2个采样周期 990104210.94 内部采样率,Tamb=25°C 绝对值输出的采样率 fs93810421146 内部采样率,Tamb=-40至+125°C 读出频率 CLK 1MHz读出行数据的最大时钟频率 cL10位编码、实际曲线 TN 理想线 DNL+lSB 035 180 a [degrees 图:积分和微分非线性示例(曲线被夸大) 积分非线性(NL)是实际位置与指示位置之间的最大偏差。差动非线性DNL)是从1个位置至下1个位置的步长的最大偏差。转换噪声(TN)是指示位置的重复精度时序特性同步串行接口 (工作条件;Tam=40至+125°C,VDD5V=3.0-36V(3工作)VDD5V=4.5-5.5(5∨工作),除非另有规定) 参数符号|最小值典型值最大值单位注释数据输出激活(逻辑高电 t Do active 10 ns CSn下降沿与数据输出激活之间的时间 1个数据移位至输出寄存\tF500 nsCS下降沿与CLK第1个下降沿之间的时间开始数据输出 T 2 500 ns CLK的上升沿一次移出1位数据输出有效 t invalid357375394nscK上:升沿与数据输H有效之间的时间数据输出三态 t Do tristate 100ns在最后一位后,DO引脚变回“三态” CSn脉冲宽度 500 cSn=高电平:准备启动下一个角度位置 ns 读取操作读出频率 fclk > 1Mz读出串行数据的时钟须率 Revision 1.7 www.austriamicrosystems.com Page 6 of 28 As504010位可编程磁旋转编码器 austriamicrosystems 脉宽调制输出工作条件:Tamb=-40至+125°C,VDD5V=3.0-3.6V(3V工作)VDD5V=4.5-55V(5V工作),除非另有规定) 参数符号最小值典型值最大值单位|注释 09270.9761024 信号周期=1025u55%,Tamb=25°C时 PWM频率 08780.9761074 1025μs±10%,Tnb=40至+125°c 小脉冲宽度 PW MIN095 1.05μs位置0d,角度:0 degree 最大脉沖宽度 PWM97310241075ps位置1023c;角度:35965egee 增量输出 (工作条件:Tamb=-40至+125°C,VDD5V=3.0-3.6V(3V工作)VDD5V=4.5-5.5V(5V工作),除非另有规定参数符号最小值典型值|最大值单位注释上电后增量输出有效上电后第1个CSn下降沿与有效增量输出之 outputs valid 50ns间的时间方向指示有效 LSB输出的上升沿或下降沿与有效方向指示 t Dir valid 500 之问的时间编程条件 (工作条件:Tanb=40至+125°0,VDD5V=3.03.6V(3V工作)VDD5V=45-55V(5V工作),除非另有规定) 参数符号最小值典型值最大值单位注释编程操作启用时间 t Prog enable 从sPog引脚上升沿与csn上升沿之间的时间开始写入数据 Data in 写入数据有效 t Data ir valid 250 ns|在 CLKPROG上升沿写入数据载入编程数据 t Load ProG us CLKPROG之前VPRG上升为高的时间 Prc 300 LK0的y保时间t 5 写入数据-编程 CLK PROG CLK PROG kHz LK脉冲宽度 1.8 2.2 在编程操作期间;16个时钟周 t PROG 期编程后的vpoc保持时间 t pRoG 在下一次上电后,编程数据即可使用编稞电压 Y=737475y编科完毕后必须关断编程电压关闭电平 V FrogCff V电压必须放电至此电平编程电流 PROG mA编程操作过程中模拟读取CLK CLK kH模拟回读模式已编程的齐纳电压(逻辑1)Wmmn 100 my模拟回读模式下的 Vref-Vpro6 未编程的齐纳电压(翌辑0)Vmm (参见第10.6节) Revision 1.7 www.austriamicrosystems.com Page 7 of 28 As504010位可编程磁旋转编码器 austriamicrosystems 功能说明 AS5040采用CMoS标准工艺生产,并采用了一种旋转 AS5040能够检测磁场的方位,并计算出10位二进制编码。可以通过同步串行接口(SS丨)读取此编似电流H!术,用于检测芯片表面上的磁场分布。值。此外,引因12(PWM)还可输出代表绝对值角度的脉宽调制信号。内置的Ha元件围绕芯片的中心位置分布,并产生除了绝对值角度信息以外,器件丕能同时提供增量个表征芯片表面磁场的电压。输岀信号。各种增量输岀模式可以通过编程OTF模式寄存器的各个位进行选择(参见第16页)。只要引通过∑A模拟数字转换技术和数字信号处理(DsP) 脚Prog上没有施加编程电压,则新设置值可以随时算法,A55040可提供精确的高分辨率绝对值角度信被覆写,并将在电源断开时复位至缺省值。为了使息。为了实现这一功能,采用了坐标旋转数字计算设置值水久生效,必须对OTP寄存器进行编程(参见机( CORDIC)算法来计算角度以及Ha阵列信号的图15)。缺省设置是正交A/B模式,包括脉冲宽度为幅值。 1个LSB的 Index信号。在用户可编程的岺位点, lndex 信号为逻辑高电平 DSP也用于提供 MagINN和 MagDECn输出的数字信由于采用了差分测量技术以及H叫传感器调理电路, 息,指示所使用的磁铁靠近或远离芯片表面的运动 AS5040能够承受磁铁偏离以及杂散磁场情况采用一块小型、低成本、径向磁化(双极)标准磁铁,即可提供角度位置信息(参见图20)。图方框图 Revision 1.7 www.austriamicrosystems.com Page 8 of 28 AS504010位可编程磁旋转编码器 austriamicrosystems 位绝对值角位置输出同步串行接口 M D4)D3I D2D1 DO I OCF A COF I LIN MINC ADEC A PAR 角度位置数据状态位图:输出绝对值角位置数据的同步串行接口如果CSn变成逻辑低电平,数据输出(D)将从高据。通过将磁铁位置凋整至Ⅹ-Y-Z容限以内,可阻态(三态)变为逻辑高电平,并启动读取操作。以消除此项告警。经过最短时间tcKF后,数据在CLK的第1个下 ,(磁场增强),磁铁被摧向靠近丨C旳位置降沿锁存至输出移位寄存器。时,会导致磁场强度增大,该位将变成逻辑高。每个后续的CLK上升沿将移出1位数据磁场减弱),磁铁被拉至远离IC的位串行字包含16位,前10位是角度信息D[90 置时,会导致磁场强度减小,该位将变成逻辑高后6位包含系统信息,涉及数据的有效性,诸这两个信号均为逻辑高时,表明磁场强度超出了所如0CF、COF、L|N、奇偶性和磁场状态(增强允许的范围(参见表3)。减弱)等通过cSn处的逻辑“高”脉冲启动下一次测说明量,CSn的最小持续时间为tcsn 间距无变化数据内容: 0 磁场输入正常(处于范围之内) 绝对值角度位置数据(首先同步输出间距增大:拉离功能。此状态是动 MSB) 0 态变化的,只有当磁铁在Z轴方向远离芯片时有效 (偏差补偿完成),逻辑高电平表示偏差补间距缩短:按下功能。此状态是动偿算法执行完毕。为了实现快速启动,可以通过 10态变化的,只由当磁铁在Z轴方向移外部微控訇器查洵此位。一旦此位置位,则表明近芯片时有效 AS5040已经完成启动,并且数据有效(参见表磁场输入无效-超出范围:过强, 弱(磁铁缺失) odic溢出),逻辑高电平表示 CORDIC单元表:磁场强度变化指示出现了超范圜的错误。此位置位时,D9:D0的数注意:引即1和引脚2( MagNON, MagDECn)均为据尤效。绝对值输出朱留最后1个有效的角度漏饭开路输出,并要求外接上拉屯阻。如果磁场强值度处于范国之内,则两个出均关闭通过将磁铁位置调整至ⅩY-Z容限以内,可以消这2个引脚乜可以组合采用同一个上拉电阻。在这种除这种报警故障。情况下,只有当磁场强度处于正常范围时信号才会是高电平。所有其它情况下信号均为低电平(参见 (线性度报警),逻辑高电平表示输入磁场表3)。产生了严重的输出线性度问题。此位置位时, D9:D0的数据仍然可以使用,但可能包含尤效数偶数奇偶校验位用于第1全15位(D9-D0、OCF、 COF、L|N、Mag|NCn和 MagDECn)的传输错误检 Revision 1.7 www.austriamicrosystems.com Page 9 of 28 As504010位可编程磁旋转编码器 austriamicrosystems 测。绝对值角度输出总是设置为10位分辨率。将磁铁安装在心片上方时,缺省情况下,角度数值沿顺菊链模式时针方向增加。菊链模式可以串行连接若十个AS5040,并仍然只用1 当状态位具有下列配置时,数据D9:D0有效个数字输入来进行数据传输(参见下面图6的“Data N”)。此模式是通过将数据输出(D0;引9)连奇偶校验接到下一个器件的数据输入(Prog:引脚8)米实现的。所有串接器件的串行数据均从链路中第1个器件 00 1:15位的的DO引脚读取。链路中最后一个器件的Prog引脚应偶校验和当接至ⅤSS。每增加1个器件,这个串行位流的长度就会增加,也就是表:状态位输出 n(16+1)位: 绝对值角度位置的采样速率为10Hz(0.1ms)。这例如,2个器件为34位,3个器件为51位,等等…第1 样可以在01秒内读取360度范围的全部1024个位置= 个器件的最后1个数据位(奇偶位)后面跟随一个逻 976Hz(-10Hz,而不会错失任何位置。将10H乘以辑低电平位,接着是第2个器件的第1个数据位 60,结果得出对应的最大旋转速率为60pm (D9),依此类推(参见图7)。每两个角度位置读取次,可以达到最高1200pm的菊链连接器件的编程旋转速率在菊链模式下,Prog引郾直接连接至链路中下一个因此,增加旋转速率会减少每圈读取的绝对角度位器件的DO引脚(参见图6)。在编程过程中(参见第置的数量(参见表7)。无沦所读取的旋转速率或位 10节),必须在引脚Prog上施加7.5V的编程电压。此比置数量是多少,绝对角度数值总是采用10位最高分电压超过了引脚DO的限制,所以编程过程中必须采辨率。取以下预防措施之一: 由于采用了插补器,增暈输出不受旋转速率限制的在编程期间将Do→Prog的接线开路,或影响。增量输出信号可以应用在旋转速率高达 10000m的高速应用中,而不会丢失脉冲 ·在DO与Prog之间加装一个肖特基二枚管 (阳极=Do,阴极=Prog) 由于CLK和CSn是并联的,可以同时编程连接的所有器件第个器件第个器件后一个器件 Data in DO Prog DO Progk-DO CSn CLK CSn CI CSn 图;菊链硬件配置 Revision 1.7 www.austriamicrosystems.com Page 10 of 28

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