AS5600 12位磁式转动位置传感器
- 描述
- 主要优点和特点
- 应用
- 方框图
- 引脚分配
- 引脚描述
- 工作条件
- 详细说明
- IC 电源管理
- I²C 接口
- 支持的模式
- 寄存器描述
- 阶跃响应和过滤器设置
- 方向（顺时针与逆时针）
- 磁滞现象
- 磁体检测
- 低功耗模式
- 看门狗定时器
- 应用信息
描述
AS5600是一个易于编程的磁性旋转位置传感器，具备一个高分辨率12位模拟或PWM输出。其非接触式系统可测量同轴圆形磁铁的绝对角度。AS5600稳健的设计使其免受均质外部杂散磁场的干扰，适用于非接触式电位器应用。符合行业标准的I²C接口支持在没有专业编程器的情况下对非易失性存储器进行编程。
AS5600的默认输出范围为0至360度。然而，全分辨率的AS5600可通过设置零位（启动位置）和最大角度（停止位置）适用于更小的测量范围。AS5600还具备智能低功耗模式，可自动降低功耗。该设备采用8-pin SOIC紧凑型封装。
AS5600专为非接触式电位器应用而设计，其可靠的设计能够消除任何外部同质杂散磁场的影响。
行业标准的 I²C 接口支持用户对非易失性参数进行简单的编程，无需专用编程器。
默认情况下，输出表示 0 到 360 度的范围。
也可以通过编程零角度 （起始位置） 和最大角度 （停止位置） 来定义较小的输出范围。
AS5600 也配备了智能低功耗模式功能，可自动降低功耗。
输入引脚 （DIR） 选择输出相对于旋转方向的极性。如果 DIR 接地，则输出值随顺时针旋转而增加。如果 DIR 连接到 VDD，则输出值会随着逆时针旋转而增加。
订购信息和内容指南显示在数据表的末尾。
主要优点和特点
AS5600 12 位可编程非接触式电位计的优点和特点如下：
图 1：
使用 AS5600 的附加价值
| 优势 | 特征 |
|---|---|
| • 最高的可靠性和耐用性 | 非接触式角度测量 |
| • 简单的编程 | 通过 I²C 接口实现简单的用户可编程启动和停止位置 |
| • 在角度偏移方面具有极大的灵活性 | 最大角度可编程范围为 18° 至 360° |
| • 高分辨率输出信号 | 12 位 DAC 输出分辨率 |
| • 可选输出 | 模拟输出与 VDD 或 PWM 编码的数字输出成比例 |
| 低功耗 | 自动进入低功耗模式 |
| • 易于设置 | 自动磁体检测 |
| • 外形小巧 | SOIC-8 封装 |
| • 强大的环境耐受性 | 宽温度范围：-40°C 至 125°C |
应用
AS5600 非常适合非接触式电位计、非接触式旋钮、踏板、RC 伺服系统和其他角度位置测量解决方案。
方框图
该设备的功能块如下所示：
图 2：
AS5600 的功能块
引脚分配
图 3：
SOIC-8 引脚
引脚描述
| 引脚编号 | 名称 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 1 | VDD5V | 电源 | 5V 模式下的正电压电源（需要 100nF 去耦电容器） |
| 2 | VDD3V3 | 电源 | 3.3V 模式下的正电压电源（需要在 5V 模式下使用外部 1μF 去耦电容器） |
| 3 | OUT | 模拟/数字输出 | 模拟/PWM 输出 |
| 4 | GND | 电源 | 接地 |
| 5 | PGO | 数字输入 | 程序选项（内部上拉，连接到 GND = 编程选项 B） |
| 6 | SDA | 数字输入/输出 | I²C 数据（考虑外部上拉） |
| 7 | SCL | 数字输入 | I²C 时钟（考虑外部上拉） |
| 8 | DIR | 数字输入 | 方向极性（GND = 值顺时针增加，VDD = 值逆时针增加） |
工作条件
| 元件 | 参数 | 条件 | 最小 | 类型 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VDD5V | 5.0V 模式下的正电源电压 | 5.0V 工作模式 | 4.5 | 5.0 | 5.5 | 伏 |
| 在 OTP 刻录过程中 （2） | ||||||
| VDD3V3 | 3.3V 模式下的正电源电压 | 3.3V 工作模式 | 3.0 | 3.3 | 3.6 | V |
| 在 OTP 烧录过程中 （2） | 3.25 | 3.3 | 3.35 | V |
详细说明
AS5600 是一款基于霍尔的旋转磁性位置传感器，使用平面传感器将垂直于芯片表面的磁场分量转换为电压。
来自霍尔传感器的信号首先被放大和过滤，然后由模数转换器 （ADC） 转换。ADC 的输出由硬连线的 CORDIC 模块（坐标旋转数字计算机）处理，以计算磁场矢量的角度和幅度。自动增益控制 （AGC） 使用磁场强度来调整放大电平，以补偿温度和磁场变化。
CORDIC 算法提供的角度值由输出阶段使用。用户可以在模拟输出和 PWM 编码的数字输出之间进行选择。前者提供输出电压，将角度表示为比率线性绝对值。后者提供数字输出，将角度表示为脉冲宽度。
AS5600 通过行业标准的 I²C 接口进行编程，以写入片上非易失性存储器。此接口可用于编程零角度（起始位置）和最大角度（停止位置），将输出的完整分辨率映射到整个 0 到 360 度范围的子集。
IC 电源管理
AS5600 使用片上 LDO 稳压器由 5.0V 电源供电，也可以直接由 3.3V 电源供电。
内部 LDO 不用于为其他外部 IC 供电，需要一个 1 μF 的接地电容器，如图 13 所示。
在 3.3V 工作模式下，VDD5V 和 VDD3V3 引脚必须连接在一起。VDD 是 VDD5V 引脚上的电压电平。
图 13：
5.0V 和 3.3V 电源选项
I²C 接口
AS5600 在器件模式下支持 2 线快速模式加 I²C 从协议，符合 NXP Semiconductors（前身为 Philips Semiconductors）UM10204规范。将数据发送到总线上的设备是发射器，接收数据的设备是接收器。控制消息的设备称为 master。由主设备控制的设备称为从设备。主设备生成串行时钟 （SCL），控制总线访问，
并生成控制总线的 START 和 STOP 条件。AS5600 始终作为 I²C 总线上的从机运行。
通过开漏 I/O 线 SDA 和输入 SCL 连接到总线。不包括时钟扩展。
主机 MCU （主） 启动数据传输。AS5600 的 7 位从地址为 0x36（0110110 为二进制）。
支持的模式
• 随机/顺序读取
• 字节/页写入
• 自动增量（ANGLE 寄存器）
• 标准模式
• 快速模式
• 快速模式加
SDA 信号是双向数据线。SCL 信号是 I²C 总线主机生成的时钟，用于同步来自 SDA 的采样数据。最大 SCL 频率为 1 MHz。
数据在 SCL 的上升沿采样。
寄存器描述
以下寄存器可通过串行 I²C 接口访问。从器件的 7 位器件地址为 0x36 （0110110 为二进制）。为了永久编程配置，提供了非易失性存储器 （OTP）。
阶跃响应和过滤器设置
AS5600 具有数字后处理可编程滤波器，可设置为快速或慢速模式。通过在 CONF 寄存器的 FTH 位中设置快速滤波阈值，可以启用快速滤波模式。
如果快速滤波器为 OFF，则阶跃输出响应由慢速线性滤波器控制。慢速滤波器的阶跃响应可通过 CONF 寄存器中的 SF 位进行编程。图 32 显示了不同 SF 位设置的延迟和噪声之间的权衡。
图 31：
阶跃响应延迟与噪声带的关系
| SF | 阶跃响应延迟 （ms） | 最大 RMS 输出噪声 （1 Sigma） （度） |
|---|---|---|
| 00 | 2.2 | 0.015 |
| 01 | 1.1 | 0.021 |
| 10 | 0.55 | 0.030 |
| 11 | 0.286 | 0.043 |
方向（顺时针与逆时针）
AS5600 允许使用 DIR 引脚控制磁体旋转的方向。如果 DIR 连接到 GND （DIR = 0），则从顶部顺时针旋转将产生计算角度的增量。如果 DIR 引脚连接到 VDD （DIR = 1），则逆时针旋转时，计算角度将增加。
图 35：
顺时针方向的原始角度
磁滞现象
为避免在磁体不移动时对输出进行任何切换，可以使用 CONF 寄存器中的 HYST 位启用 12 位分辨率的 1 至 3 LSB 迟滞。
磁体检测
作为安全和诊断功能，AS5600 指示没有磁铁。如果测得的磁场强度低于最小规定电平 （Bz_ERROR），则无论选择哪种输出模式 （模拟或 PWM），输出都被驱动为低电平，并且 STATUS 寄存器中的 MD 位为 0。
低功耗模式
数字状态机自动管理低功耗模式以降低平均电流消耗。有三种低功耗模式可用，可通过 CONF 寄存器中的 PM 位使能。电流消耗和轮询时间如图 6 所示。
看门狗定时器
如果角度保持在 4 LSB 的看门狗阈值内至少一分钟，则看门狗定时器允许切换到 LMP3 来节省功耗，如图 36 所示。看门狗功能可以通过 CONF 寄存器中的 WD 位使能。
应用信息
图解的
参考应用框图显示了所有必需的外部元件。为了提高 EMC 和远程应用，请考虑使用额外的保护电路。
图 40：
磁场 Bz 和典型气隙
典型的气隙在 0.5 mm 到 3 mm 之间，这取决于所选的磁体。更大更强的磁体允许更大的气隙。以 AGC 值为指导，可以通过调整磁体和 AS5600 之间的距离，使 AGC 值位于其范围的中心，从而找到最佳气隙。当使用直径为 6 mm 的磁体时，参考磁体的旋转轴从封装中心的最大允许位移为 0.25 mm。
