從編碼器開始提高伺服性能—高性能磁編碼器芯片

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）在伺服驅(qū)動器位置傳感器的設(shè)計上，通常需要具有高EMC抗擾度和較少的外機接口；同時在電源設(shè)計上要做到外形小巧，高效率和低噪聲；而在編碼器的設(shè)計上，則通常使用小尺寸，低功率的半導體解決方案，以實現(xiàn)緊湊型設(shè)計。

在編碼器設(shè)計上，無論是絕對式還是增量式，通常都采用光學或磁性兩種測量原理之一。光學編碼器是之前高分辨率應用上的主要選擇。而隨著磁編碼器技術(shù)的推進，在許多方面比光學技術(shù)更耐用，慢慢的磁性編碼器成為工業(yè)應用中的主流選擇。磁性編碼器中很重要的傳感器部分通常是能感應電壓變化的霍爾效應器件，或者是磁阻器件，目前霍爾效應器件居多。

從某種意義上說編碼器性能決定著伺服系統(tǒng)性能的上限，而編碼器芯片在很大程度上又決定了編碼器的性能。目前日系和歐美系是主流的兩個選擇。日系偏向于封閉系統(tǒng)，軟硬件自己做。歐美系會開放一些，專業(yè)的人做專一的事，從編碼器專用芯片到整體器件到伺服系統(tǒng)，分工明確技術(shù)性強。

AMS磁編碼器芯片

傳感即生活，AMS的風格以顛覆性創(chuàng)新著稱，這也展現(xiàn)在產(chǎn)品中，在編碼器技術(shù)上AMS技術(shù)實力肯定是行業(yè)的翹楚。AMS的磁編碼器是旋轉(zhuǎn)編碼器，內(nèi)部的磁性角度傳感器能夠檢測旋轉(zhuǎn)軸上兩極磁鐵圍繞IC中心旋轉(zhuǎn)時的絕對角度方位。

從AS5147P高速芯片能看到絕對角度位置可以以 PWM、ABI、UVW 等不同方式輸出，或通過主機接口直接讀取。根據(jù)不同應用的要求，提供最高14 位的分辨率。這種技術(shù)可用于高精度角度位置檢測、高速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和BLDC 電機。所有旋轉(zhuǎn)磁性位置傳感器都可取代絕對或增量式光學傳感器以及其他磁性和電感技術(shù)、電位計或磁性開關(guān)。

該芯片支持下的編碼器最高轉(zhuǎn)速可以達到28000 rpm。AS5147P同時內(nèi)置了AMS的獨有技術(shù)DAEC，該技術(shù)能在傳感器工作時對角度誤差進行動態(tài)補償，消除高轉(zhuǎn)速下的角度測量滯后。而且該芯片在工作時無需外部屏蔽，就能對外部的雜散磁場免疫，保證精度的同時降低整個系統(tǒng)的成本。在電機應用上這種高分辨率編碼器能實現(xiàn)極高水準的位置控制。

Melexis磁編碼器芯片

Melexis磁編碼器傳感器在魯棒性和可靠性上一直是行業(yè)內(nèi)的標桿，尤其是其獨有的可編程Triaxis線性霍爾效應傳感器芯片可以說是行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)導者。這里我們直接選取Triaxis系列主流的芯片。

MLX90421是單片磁性位置傳感器芯片。它由一個Triaxis霍爾磁性前端、一個模數(shù)信號調(diào)節(jié)器、一個應用于高級信號處理的DSP和一個可編程輸出級驅(qū)動器組成，可以提供模擬或PWM輸出。Triaxis是Melexis的創(chuàng)新磁傳感器技術(shù)，不同于傳統(tǒng)的霍爾效應傳感器只能感應垂直于霍爾效應元件表面的磁通量密度，Triaxis能通過單個傳感器實現(xiàn)高精度三軸磁場測量，尤其適用于種類繁多的線性、角度和三維應用。

MLX90421不僅測量范圍是可編程的，其線性傳輸特性也可以進行編程，最高多達17點。通過片上信號處理，實現(xiàn)穩(wěn)健的絕對位置傳感。因為這款芯片是車規(guī)級應用，其工作溫度范圍很廣，覆蓋-40℃至160℃。這款芯片在功能安全性、絕對最大額定值 （AMR） 和電磁兼容性 （EMC） 特性方面具有優(yōu)于同行的性能。精度上也毋庸置疑，模擬或PWM輸出通過多點可編程線性化功能對其進行編程，最高17點的特征會顯著提高系統(tǒng)的精度。

BROADCOM磁編碼器芯片

前身為Avago的BROADCOM一直是編碼器行業(yè)的巨頭，雖然他一直是以其光學編碼器聞名，但在磁編碼應用上實力也是不俗。BROADCOM為數(shù)不多的磁編碼器以增量型旋轉(zhuǎn)編碼器居多。

AEAT-8800可在360度旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)提供精確的角度測量。絕對角度測量以10、12、14或16位的可編程分辨率提供角度位置的指示。最高16位的分辨率，這已經(jīng)是很高的精度了，這種可編程也提供了相應的靈活度。如果必要的話，還可以選擇在PWM編碼輸出信號中接收其絕對角度位置。

這款磁編碼傳感芯片可編程性還不止上面這些，其零位，方向和指數(shù)脈沖寬度甚至是磁滯都可進行編程，同時還能選擇低延遲模式，將延遲降低到接近0。高精度和充分的靈活度，這一款芯片在BLDC以及機器人應用中有相當廣泛的應用。

寫在最后

日系廠商走的從元件到伺服整體的路線，所以磁編碼器傳感芯片就不單獨列舉了。高性能伺服系統(tǒng)離不開這些高精的編碼器芯片，上述歐美這些專精于編碼器技術(shù)的廠商在編碼器從芯片到整體無疑是更精一些的，也是目前國內(nèi)外主要的編碼器芯片供應商。

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編輯：jq