新品推出背景

在現(xiàn)代工業(yè)控制及自動化、機器人技術和精密測量領域，角度磁編碼器作為一種關鍵傳感器，其核心性能直接影響著系統(tǒng)的精度與可靠性。隨著技術的不斷進步，角度磁編碼器在多個領域的應用越來越廣泛，本文將深入探討其工作原理、技術優(yōu)勢以及在工業(yè)控制及自動化的應用。

角度磁編碼器通過檢測磁場的變化來測量旋轉角度。其工作原理基于霍爾效應或磁阻效應。根據(jù)不同的應用場景可以選用不同的傳感器類型。具體來說，當電機軸旋轉時，安裝在軸端的永磁體所產(chǎn)生的磁場也會隨之旋轉。霍爾元件或磁阻元件檢測到磁場方向的變化，并將其轉換為電信號。這些信號經(jīng)過高精度的模擬電路處理后，可以得到高分辨率的數(shù)字角度信號，而信號格式也是多樣的，以適配不同的應用場景。

針對角度檢測，必易微旗下興感半導體推薦如下四款產(chǎn)品：

表 1 | 編碼器系列產(chǎn)品總覽

圖 1 | 編碼器系列應用功能示意圖

SL641 系列產(chǎn)品介紹

首先介紹的是極具性價比的角度編碼器 SL641 系列，其基于基于 Hall 效應，可提供高達 14bit 的有效位精度輸出，絕對角度誤差低至 ±0.7°，重復角度誤差更可精準至 ±0.05°?？蛻艨筛鶕?jù)具體的應用場景，選擇本系列的編碼器類型。SL641 系列支持家居家電、消費類電子和部分工業(yè)電機控制應用；支持絕對角度誤差在 2000 角秒以下，重復精度為 150 角秒的相關應用。全系列采用 Hall in chip 的工藝方式，避免額外的鍵合工藝導致應用風險，可提高應用系統(tǒng)魯棒性，顯著降低成本，性價比優(yōu)勢明顯。

圖 2 | SL641 功能框圖

核心參數(shù)與配置

3.0 ~ 5.5V 工作電壓

絕對角度分辨率：14bit

檢測角度范圍：360°

提供客戶端的自動非線性校準模式，無數(shù)據(jù)交互，自動計算補償，實現(xiàn) ±0.7° 的 INL

可同時支持增量 ABZ、增量 UVW、PWM 絕對角度值；增量 ABZ 輸出 1 ~ 1200 脈沖/圈

增量 UVW 輸出支持 1 ~ 16 對極間任意整數(shù)對極（客戶可編程）

支持 SPI/SSI slave 通信接口在線輸出絕對角度值

最大轉速：60000RPM

響應時間：5μs

支持 PWM 輸出，極性可選，12bit 分辨率（497/994Hz）

自我診斷功能（超速、磁場強度）

PUSH 按壓動作檢測

支持角度延遲補償功能

SL642 系列產(chǎn)品介紹

在現(xiàn)代電子產(chǎn)品設計中，空間往往是比成本更寶貴的資源。SL642 系列芯片，在大幅提升角度精度的同時，更進一步地減少應用物料和 PCB 使用面積。并且其通過高度集成的單芯片解決方案和小型化的封裝技術，為開發(fā)者提供了前所未有的設計自由度，使其能夠輕松應對各種緊湊型設計的挑戰(zhàn)。

圖 3 | SL642 功能框圖

核心參數(shù)與配置

3.0 ~ 5.5V 工作電壓

角度分辨率：21bit

檢測角度范圍：360°

提供客戶端的自動非線性校準模式，無數(shù)據(jù)交互，自動計算補償，實現(xiàn) ±0.07° 的 INL

可同時支持增量 ABZ、增量 UVW、PWM 絕對角度值

增量 ABZ 輸出 1 ~ 16384 脈沖/圈（65536 狀態(tài)）

增量 UVW 輸出支持 1~16 對極間任意整數(shù)對極（客戶可編程）

支持 SPI/SSI/RS485 多摩川通信，實時輸出絕對角度值

最大轉速：120000RPM

響應時間：2-10μs（支持角度延遲補償功能）

提供絕對角度

角度編碼 ABZ 支持 1 ~ 16384 線（65536 步）；UVW 支持 1 ~ 64 對極；PWM 極性可選，16bit 分辨率（497/994Hz）

自我診斷功能（超速、磁場強度）

提供可配置的 0 ~ 360° 的零角度參考位置

SL642 相較于市面上其他產(chǎn)品有如下特點：

亮點一

支持低功耗工作模式

為了滿足不同應用場景下的功耗需求，尤其是在解決工廠自動化設備斷電的問題上，芯片提供了多種靈活的低功耗工作模式，使得開發(fā)者可以根據(jù)應用的具體需求進行喚醒時間配置，達到相應的功耗能力，在響應速度和功耗之間找到最佳平衡點，從而最大限度地延長設備的電池續(xù)航時間。

亮點二

專利的信號處理技術

全差分信號通路輸入與共模噪聲抑制

即使在噪聲較大的環(huán)境中，也能從微弱的傳感器信號中提取出純凈的角度信息，保證了測量的準確性和穩(wěn)定性。

亮點三

SoC EEPROM

支持用戶自定義校準參數(shù)

芯片內(nèi)部集成了非易失性存儲器（EEPROM），用于存儲用戶的校準參數(shù)和配置信息。開發(fā)者可以通過 SPI 接口，將針對特定傳感器和應用的校準數(shù)據(jù)（如零點偏移、靈敏度、溫度補償系數(shù)等）寫入 EEPROM，同時也支持自動判斷并燒錄。芯片在上電后會自動加載這些參數(shù)，對測量結果進行實時補償。這種用戶可編程的校準功能，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性和精度，使得芯片能夠適應各種不同的傳感器和裝配公差，實現(xiàn)“一芯多用”。

亮點四

支持多摩川協(xié)議通信

SL642 系列芯片支持多摩川協(xié)議通信，主控 MCU 可以讀取 17/23bit 絕對角度值、芯片狀態(tài)信息，并支持低功耗模式。多摩川通信設計了容錯功能，其高可靠性支持 2.5Mbps 碼流自適應機制，保證采樣和解析數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，可以幫助客戶節(jié)省通訊 MCU 在內(nèi)的多顆芯片以及配套的研發(fā)周期和投入。

SL601 系列產(chǎn)品介紹

依托于自主設計和先進制造能力，興感半導體具有成熟的 AMR 傳感器的設計和使用經(jīng)驗。AMR（Anisotropic Magnetoresistance，各向異性磁阻）是基于材料電阻率隨磁場方向變化而改變的現(xiàn)象，具體是指當電流流過置于外部磁場中的導電材料時，其電阻會隨著材料相對于磁場的方向發(fā)生變化。這種效應通常出現(xiàn)在鎳鐵合金等特定金屬中，電子散射概率因自旋極化狀態(tài)的不同而有所區(qū)別，從而導致了各向異性磁阻現(xiàn)象。SL601 是基于此現(xiàn)象研發(fā)的獨立 AMR 傳感器芯片，輸出格式為模擬 sin/cos 信號；配合后面介紹到的 SL6422（獨立的信號調(diào)理芯片），可以將外置傳感器的 sin/cos 信號進行計算編碼輸出。

表 2 | SL601 常規(guī)電氣工作參數(shù)

圖 4 | 使用 SL601 原始信號和僅經(jīng)過 offset 補償（未經(jīng)過非線性補償）所得到的角度誤差

AMR 角度傳感器 SL601 系列包含四個磁阻惠斯通電橋，其中兩個電橋的輸出端子的電壓差將反映外部磁場強度，另外兩個惠斯通電橋的輸出電壓正比于兩倍磁場角度的正弦和余弦，即正比于 sin(2θ) 和 cos(2θ)，θ 為磁場的角度。當磁場方向旋轉一周，兩組模擬電壓信號（正弦、余弦）輸出的相位相差 45°，其信號周期為磁場方向旋轉周期的兩倍。通過對這兩組模擬電壓信號的解算可實時確定目標磁場的角度位置信息，角度通過 sin 和 cos 函數(shù)計算，代表相對于傳感器的 0° 到 180° 的方向。（對于單對極磁體，經(jīng)過 360° 旋轉，通過電氣周期重復兩次來計算，具體計算方法詳見數(shù)據(jù)手冊）

相比于其他類型的角度傳感器，AMR 傳感器具備固有的技術優(yōu)勢，基于其高精度、高分辨率及高響應速度，AMR 傳感器在現(xiàn)有角度測量方案中被認為是最為優(yōu)越的技術選擇。

SL601 系列具體優(yōu)勢可以分為以下幾點：

亮點一

高精度與高分辨率

SL601 系列 AMR 傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的角度測量，直接輸出的模擬量具有極低的角度延遲，僅存在一階濾波模型的延遲，角度誤差小于 ±0.15°（未非線性校準）。

亮點二

高信噪比（SNR）

SL601 系列具有更高的工作頻率，支持最高 2kHz 的輸入信號并具有極高的信噪比，在輸入完美正弦磁場的工況下，輸出信號質(zhì)量可以達到 17.5bit 有效位，最惡劣的高溫狀態(tài)下依舊可以保持 16.7bit 有效位。

亮點三

強磁場耐受度

SL601 系列在強磁場環(huán)境下表現(xiàn)出色，具有更強的整體抗擾性，在高達 1500Gs 的磁場環(huán)境下依然不會喪失感應特性。

亮點四

適用寬泛磁場范圍

SL601 系列傳感器可應用在極寬的磁場范圍，這得益于其角度參考基準為電流方向，且輸出信號僅與磁場和電流的夾角相關；而這一檢測水平磁場的特性，使之具有極強的安裝誤差容忍度，甚至可以匹配離軸、在軸安裝等多種應用場景。

亮點五

高靈敏度

應用在飽和磁場條件下，SL601 系列傳感器的靈敏度可達到 13.2mV/V。

亮點六

小型化與低成本

AMR 傳感器在外形上更為小巧，且具備低成本優(yōu)勢；不僅能適配惡劣工況環(huán)境，還具有極強的可靠性與穩(wěn)定性。

SL6422 系列產(chǎn)品介紹

基于 AMR 傳感器在角度測量領域有著無可比擬的優(yōu)勢，在此基礎上，我們推出匹配 AMR 傳感器的信號調(diào)理芯片 SL6422。SL6422 系列是集成角度傳感器的調(diào)理芯片。憑借其卓越的設計理念與先進的半導體工藝，在精度、功耗、集成等核心維度上實現(xiàn)了全面突破，旨在為各行業(yè)應用樹立全新的性能標桿。它不僅僅是一個信號轉換器，更是一個集成了智能算法與強大功能的片上系統(tǒng)（SoC），能夠直接處理來自傳感元件的原始 sin/cos 信號，并輸出經(jīng)過精確計算和補償?shù)母弑Ｕ娼嵌葦?shù)據(jù)。這種高度集成化的方案，不僅極大地簡化了系統(tǒng)設計，降低了物料清單（BOM）成本和 PCB 占用空間，更重要的是，通過芯片級的協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)了傳統(tǒng)分立方案難以企及的性能指標，為終端產(chǎn)品帶來了前所未有的競爭優(yōu)勢。

圖 5 | 獨立傳感器匹配 SL6422 的磁環(huán)角度采集解決方案

區(qū)別于市面上同質(zhì)化的角度傳感器，我們在進行深入的市場調(diào)研后，對 SL6422 附加了別具匠心的功能，使其在伺服行業(yè)具有更突出價值。同時我們專為 SL6422 傳感器打造了磁環(huán)角度采集解決方案，精準滿足機器人關節(jié)、無框電機等前沿應用的高要求，其核心優(yōu)勢如下：

亮點一

集成 CORDIC 算法，可實現(xiàn)高速、高精度角度解算

芯片內(nèi)部集成了高性能的坐標旋轉數(shù)字計算機（CORDIC）算法硬件，這是實現(xiàn)超高精度角度解算的核心。CORDIC 算法通過一系列簡單的移位和加法操作，能夠高效地計算出輸入 sin 和 cos 信號的 arctan 值，從而得到精確的角度信息。相比于傳統(tǒng)的查表法或基于復雜數(shù)學運算的算法，CORDIC 算法在硬件上實現(xiàn)更高的效率和更低的延遲。SL6422 系列芯片在保持 0.07° 絕對角度誤差的同時，延遲時間仍維持在 5μs 以內(nèi)。

亮點二

內(nèi)置高分辨率 ADC 與數(shù)字濾波，確保信號純凈度

為了配合 CORDIC 算法的高精度計算，芯片內(nèi)置了高分辨率的模數(shù)轉換器（ADC），能夠?qū)⒔?jīng)過高精度運放放大的模擬信號精確地轉換為數(shù)字信號。此外，芯片還集成了可配置的數(shù)字濾波器，能夠有效濾除來自電源、電機或其他外部環(huán)境的噪聲干擾。這些濾波器可以根據(jù)具體應用需求進行靈活配置，在對穩(wěn)定性要求更高的靜態(tài)測量中可以啟用更強的濾波功能。通過高分辨率 ADC 與智能數(shù)字濾波的結合，SL6422 系列芯片將重復角度誤差控制在 0.005° 以內(nèi)，且能從源頭上保證輸入信號的純凈度，為后續(xù)角度解算提供可靠基礎。

亮點三

支持低功耗工作模式

為了滿足不同應用場景下的功耗需求，尤其是在解決工廠自動化設備斷電的問題上，芯片提供了多種靈活的低功耗工作模式，使得開發(fā)者可以根據(jù)應用的具體需求進行喚醒時間配置，達到相應的功耗能力，在響應速度和功耗之間找到最佳平衡點，從而最大限度地延長設備的電池續(xù)航時間。

亮點四

非線性校準設計

非線性校準支持多種應用模式，32/64/128/256 點自動/手動校準，自動模式操作簡單無需對拖系統(tǒng)，提高了應用效率。非線性校準設計解決了磁體和芯片存在的安裝誤差，同時避免了磁場不均勻等因素導致的測量曲線和理想曲線之間的線性度誤差，保證非線性誤差在 ±0.1° 范圍內(nèi)。

亮點五

豐富的通信接口

除了傳統(tǒng)的編碼器輸出（ABZ/UVW/PWM），芯片還提供了一個高速的 SPI（Serial Peripheral Interface）通信接口，以及一個支持多摩川協(xié)議的 RS485 通訊接口。多摩川通信設計容錯功能，其高可靠性支持 2.5Mbps 碼流自適應機制，保證采樣和解析數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。

角度傳感器的應用場景

工業(yè)控制及自動化

角度傳感器可以廣泛應用于工業(yè)控制及自動化中的位置測量，如機器人關節(jié)的位置控制、機械臂的精確運動等。高精度和高可靠性使其成為工業(yè)控制及自動化中的理想選擇。

汽車電子

在汽車電子領域，角度傳感器可以用于電機控制、轉向角度檢測等。

航空航天

角度傳感器在航空航天領域可以用于高精度的角度測量，如飛行器的舵面角度檢測、發(fā)動機葉片的位置控制等。

醫(yī)療設備

在醫(yī)療設備中，角度傳感器可以用于精確控制設備的運動，如手術機器人的關節(jié)控制、醫(yī)療器械的定位等。

消費電子

角度傳感器在消費電子領域也有廣泛應用，如家電中需要電機控制的場景、智能手機中的傳感器、可穿戴設備中的運動檢測等。

獨特創(chuàng)新，易于使用

隨著技術的不斷進步，角度傳感器的性能將不斷提升，應用領域也將進一步擴大。針對不同的應用場景，我們可以提供多方位的解決方案，無論是精度要求較高還是較低、代替光編碼器或者旋轉變壓器還是 Hall 開關、采用合封還是獨立方案，我們的傳感器產(chǎn)品都可以覆蓋。未來，無論是 Hall 還是 AMR 傳感器都將會在更多角度測量領域發(fā)揮重要作用，為高精度位置測量提供更加可靠的解決方案，滿足不同應用場景的需求。

總結

必易微旗下興感半導體提供覆蓋 Hall 與 AMR 技術的全方位磁編碼器系列產(chǎn)品，可以滿足從工業(yè)控制及自動化到消費電子等不同場景下的角度測量需求。SL641 系列定位高性價比，能滿足通用電機控制與位置信號檢測需求；SL642 系列兼具 21 位高分辨率與針對工業(yè)控制環(huán)境設計的獨有功能，可代替部分光編碼器；SL601 AMR 傳感器芯片具備頂級信號質(zhì)量，同時擁有抗雜散磁場與抗溫度變化干擾能力；SL6422 的核心功能則是為 AMR/TMR 傳感器提供專業(yè)信號調(diào)理與編碼支持。

這一系列產(chǎn)品組合技術路線覆蓋全面，能有效簡化客戶系統(tǒng)設計，助力其在能源與電力、家居家電、工業(yè)控制及自動化、智能物聯(lián)等領域，快速實現(xiàn)高可靠、高精度的位置檢測。

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深圳市必易微電子股份有限公司（股票代碼：688045）是一家高性能模擬及數(shù)?；旌?a target="_blank">集成電路供應商，聚焦電源管理、電機驅(qū)動、電池管理等關鍵核心技術，為能源與電力、家居家電、工業(yè)控制及自動化、智能物聯(lián)等領域客戶提供一站式芯片解決方案和系統(tǒng)集成服務。