MLX90316 角度位置传感芯片 特色与优点 绝度角度位置传感器芯片 简单且稳定的磁路设计 Tria⊗is （三轴）霍尔技术 最大为 360 度的可编程的角度范围 可编程的线性传输特征曲线 可选择输出模式为模拟（正比于电源）、PWM 或者 SPI 12bit 的角度分辨率 – 10bit 角度精确度（考虑温度影响） 40 bit ID 代号 单片– SO8 封装 满足 RoHS 认证 双片集成（完全冗余）– TSSOP16 封装满足 RoHS 认证 应用 绝度角度位置传感器 踏板位置传感器 节气门位置传感器 车身高度位置传感器 3901090316 Rev. 006 方向盘位置传感器 马达轴位置传感器 液面高度位置传感器 非接触式电位计 Page 1 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 订购信息1 芯片代号 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 MLX90316 温度后缀 S (-20°C to 85°C) E (-40°C to 85°C) K (-40°C to 125°C) L (-40°C to 150°C) S (-20°C to 85°C) E (-40°C to 85°C) K (-40°C to 125°C) L (-40°C to 150°C) K (-40°C to 125°C) K (-40°C to 125°C) K (-40°C to 125°C) K (-40°C to 125°C) E (-40°C to 85°C) K (-40°C to 125°C) L (-40°C to 150°C) E (-40°C to 85°C) K (-40°C to 125°C) L (-40°C to 150°C) 封装代码 DC [SOIC-8] DC [SOIC-8] DC [SOIC-8] DC [SOIC-8] GO [TSSOP-16] GO [TSSOP-16] GO [TSSOP-16] GO [TSSOP-16] DC [SOIC-8] GO [TSSOP-16] DC [SOIC-8] GO [TSSOP-16] DC [SOIC-8] DC [SOIC-8] DC [SOIC-8] GO [TSSOP-16] GO [TSSOP-16] GO [TSSOP-16] 芯片版本 BCG BCG BCG BCG BCG BCG BCG BCG BCG BCG BCG BCG BDG BDG BDG BDG BDG BDG 类型代码 3 STANDARD 3 STANDARD STANDARD3 3 STANDARD 3 STANDARD STANDARD3 3 STANDARD STANDARD3 4 PPA 4 PPA PPD5 5 PPD SPI6 6 SPI SPI6 SPI6 6 SPI SPI6 包装 2 Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel Reel 例如: MLX90316KDC-BCG-PPA-Reel 如果是为了研发，只需要有限数量的样片，可以以 tubes 为单位来订购. 在这种情况下，包装一栏中应该用 “Tube”代替 “Reel”。 客户可编程版本的芯片可以通过 Melexis 提供的 PTC04 编程器来实现编程。 预编程的模拟输出芯片-360 度的范围内模拟输出从 0.5V 到 4.5V，慢速模式（芯片锁定）。 预编程的 PWM 输出芯片-360 度的范围内输出频率在 1kHz，占空比从 10%到 90%，快速模式（芯片锁 定）。 预编程的 SPI 输出芯片-360 度的输出范围，快速模式（芯片锁定）。标准的版本（芯片版本：BCG）也可 以在 SPI 模式下实现编程，但是推荐使用17.4.3中的应用电路图。 1 2 3 4 5 6 3901090316 Rev. 006 Page 2 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 1. 功能框图 DSP VDD Vx A D µC D 12 MUX G 14 -1 5 Triais™ Rev.Pol. & OverVolt. 3V3 Reg x1 A OUT (Analog/PWM) Vy ROM - F/W RAM EEP ROM SWITCH OUT VSS 图 1 – 芯片框图 (模拟和 PWM 输出模式) DSP Rev.Pol. VDD Vx A -1 5 MUX G 14 Triais™ 3V3 Reg /SS µC D Vy SERIAL PROTOCOL SCLK MOSI/MISO ROM - F/W RAM EEP ROM VSS 图 2 – 芯片框图 (串行通信模式) 3901090316 Rev. 006 Page 3 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 2. 概述 MLX90316 是一款运用 Tria⊗is （三轴霍尔）技术的独立传感器芯片。传统的平面霍尔技术仅仅能感应垂 直于芯片表面的磁场强度；而 Tria⊗is 三轴霍尔既可以感应垂直方向也可以感应平行与芯片表面的磁场强 度。这是通过在 CMOS 芯片表面沉积一层集磁材料 IMC（以附加的后续工序）来实现的。 MLX90316 可以感应与芯片表面平行的磁场，配合上合适的磁路，MLX90316 可以感应出旋转范围在 0 到 360 度的绝对角度位置。利用此款芯片可以实现新一代的非接触式旋转角度位置传感器，以满足频繁需求的 汽车和工业应用中。 结合合适的信号处理，小型磁铁（径向磁化）的磁场在芯片表面上方旋转，其强度可以通过非接触式的方 式测量（如图 3 所示）。角度的信息可以通过磁场的两个矢量分量（例如 Bx 和 By）计算得到。MLX90316 产生一个正比于角度的输出信号。输出模式可以选择模拟、PWM 或者 SPI。 α 图 3 - MLX90316 的典型应用 3901090316 Rev. 006 Page 4 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 目录 特色与优点..................................................................................................................................................... 1 应用 ............................................................................................................................................................... 1 订购信息 订购信息 ........................................................................................................................................................ 2 1. 功能框图 ................................................................................................................................................. 3 2. 概述 ........................................................................................................................................................ 4 3. 术语 − 首字母缩写 .................................................................................................................................. 7 4. 管脚定义 ................................................................................................................................................. 7 5. 最大指标 ................................................................................................................................................. 8 6. 功能描述 ................................................................................................................................................. 8 7. MLX90316 电气规格 ............................................................................................................................ 11 8. MLX90316 隔离规格 ............................................................................................................................ 13 9. MLX90316 时序规格 ............................................................................................................................ 13 10. MLX90316 精度规格 ............................................................................................................................ 14 11. MLX90316 磁铁规格 ............................................................................................................................ 15 12. MLX90316 CPU 和存储单元规格......................................................................................................... 15 13. MLX90316 后端用户可编程参数 .......................................................................................................... 16 14. 后端用户可编程参数详述...................................................................................................................... 17 14.1. 输出模式 ..................................................................................................................................................17 14.1.1. 模拟输出模式 ......................................................................................................................................17 14.1.2. PWM 输出模式 ....................................................................................................................................17 14.1.3. 串行协议输出模式 ..............................................................................................................................18 14.1.4. 开关输出 ..............................................................................................................................................18 14.2. 输出传输特征曲线 ..................................................................................................................................19 14.2.1. CLOCKWISE 参数 ...............................................................................................................................19 14.2.2. 不连续点 （或者零点） .....................................................................................................................19 14.2.3. LNR 参数..............................................................................................................................................20 14.2.4. CLAMPING 参数 .................................................................................................................................20 14.2.5. DEADZONE 参数 ................................................................................................................................20 14.3. 标识 ..........................................................................................................................................................20 14.4. 传感器前端 ..............................................................................................................................................21 14.4.1. HIGHSPEED 参数 ...............................................................................................................................21 14.4.2. ARGC, AUTO_RG, RoughGain 参数...................................................................................................21 14.4.3. RGThresL, RGThresH 参数 .................................................................................................................21 14.5. FILTER ....................................................................................................................................................22 3901090316 Rev. 006 Page 5 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 滞回滤波器 ..........................................................................................................................................22 FIR 滤波器 ...........................................................................................................................................22 IIR 滤波器 ............................................................................................................................................23 可编程的诊断设置 ..................................................................................................................................24 RESONFAULT 参数 ............................................................................................................................24 EEHAMHOLE 参数 .............................................................................................................................24 锁定 ..........................................................................................................................................................25 MLXLOCK 参数 ..................................................................................................................................25 LOCK 参数 ..........................................................................................................................................25 15. MLX90316 自诊断 ................................................................................................................................ 26 16. 串行通信 ............................................................................................................................................... 28 16.1. 简介 ..........................................................................................................................................................28 16.2. 串行通信模式 ..........................................................................................................................................28 16.3. MOSI (主器件输出从器件输入).............................................................................................................28 16.4. MISO (主器件输如从器件输出).............................................................................................................28 16.5. /SS (从器件选择) .....................................................................................................................................28 16.6. 主器件启动 ..............................................................................................................................................28 16.7. 从器件启动 ..............................................................................................................................................28 16.8. 时序 ..........................................................................................................................................................29 16.9. 从器件重启 ..............................................................................................................................................30 16.10. 帧层 ..........................................................................................................................................................30 16.10.1. 器件指令机制 ..................................................................................................................................30 16.10.2. 数据帧结构 ......................................................................................................................................30 16.10.3. 时序 ..................................................................................................................................................30 16.10.4. 数据结构 ..........................................................................................................................................31 16.10.5. 角度计算 ..........................................................................................................................................31 16.10.6. 错误处理 ..........................................................................................................................................31 17. 推荐的应用图例 推荐的应用图例 .................................................................................................................................... 32 17.1. 使用 SOIC 封装的 MLX90316 模拟输出模式的连线 ...........................................................................32 17.2. 使用 TSSOP 封装的 MLX90316 模拟输出模式的连线 ........................................................................32 17.3. PWM 低端输出连线................................................................................................................................33 17.4. 串行通信模式 ..........................................................................................................................................33 17.4.1. SPI 版本 – 单芯片 ...............................................................................................................................33 17.4.2. SPI 版本 – 双芯片 ...............................................................................................................................34 17.4.3. 非 SPI 版本 (标准版本).......................................................................................................................35 18. MELEXIS 产品在不同焊接工艺中的标准信息 ...................................................................................... 36 19. ESD 预防 .............................................................................................................................................. 36 20. 封装信息 ............................................................................................................................................... 37 20.1. SOIC8 – 封装尺寸 ...................................................................................................................................37 20.2. SOIC8 – 管脚和标记 ...............................................................................................................................37 20.3. SOIC8 - IMC 位置....................................................................................................................................38 20.4. TSSOP16 – 封装尺寸 ..............................................................................................................................39 20.5. TSSOP16 – 管脚和标记 ..........................................................................................................................40 20.6. TSSOP16 - IMC 位置 ...............................................................................................................................40 21. 声明 ...................................................................................................................................................... 42 14.5.1. 14.5.2. 14.5.3. 14.6. 14.6.1. 14.6.2. 14.7. 14.7.1. 14.7.2. 3901090316 Rev. 006 Page 6 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 3. 术语 − 首字母缩写 磁场强度的单位 温度系数 单位为 无连接 脉冲宽度调制 输出的占空比 例如 模拟到数字转换器 数字到模拟转换器 低位 高位 差分非线性度 整体非线性度 精简执令运算集 模拟信号处理 数字信号处理 三角变换 的反函数 集磁片 坐标旋转数字计算（例如直角坐标到极坐标的转换） 电磁兼容 Gauss (G), Tesla (T): − 1 mT = 10 G TC: ( ppm/Deg.C.) NC: PWM: %DC: , TON /(TON + TOFF) ADC: DAC: LSB: MSB: DNL: INL: RISC: ASP: DSP: ATAN: : arctangent (tangent ) IMC: (IMC) CoRDiC: EMC: 4. 管脚定义 Pin # SOIC-8 TSSOP-16 Analog / PWM Serial Protocol Analog / PWM Serial Protocol 1 VDD VDD VDIG1 VDIG1 2 Test 0 Test 0 VSS1 (Ground1) VSS1 (Ground1) 3 Switch Out /SS VDD1 VDD1 4 Not Used SCLK Test 01 Test 01 5 Out MOSI / MISO Switch Out2 /SS2 6 Test 1 Test 1 Not Used2 SCLK2 7 VDIG VDIG Out2 MOSI2 / MISO2 8 VSS (Ground) VSS (Ground) Test 12 Test 12 9 VDIG2 VDIG2 10 VSS2 (Ground2) VSS2 (Ground2) 11 VDD2 VDD2 12 Test 02 Test 02 13 Switch Out1 /SS1 14 Not Used1 SCLK1 15 Out1 MOSI1 / MISO1 16 Test 11 Test 11 考虑到优化 EMC 性能，推荐把没有使用的管脚（Not Used 和 Test 管脚）连接到 Ground (参见章节 17). 3901090316 Rev. 006 Page 7 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 5. 最大指标 参数 电源电压 V (过压) 反压保护 正向输出电压 – 标准版本 最大值 + 20 V DD − 10 V + 10 V (Analog or PWM) + 14 V (200 s max − TA = + 25°C) 正向输出电压– SPI 版本 正向输出电压(开关输出脚) VDD + 0.3V + 10 V + 14 V (200 s max − TA = + 25°C) 输出电流 (I ) 反向输出电压 反向输出电流 ± 30 mA OUT − 0.3 V − 50 mA 操作环境温度范围, T 储存温度范围, T − 40°C … + 150°C A 磁场强度 − 40°C … + 150°C S ± 700 mT 超出最大极限指标范围可能引起永久损坏。暴露在绝对最大额定值的条件下超过一定的时间将 可能影响器件可靠性。 6. 功能描述 如芯片框图所述（图 1 和图 2），平行于芯片表面的磁场（例如 B ）被 Tria⊗is三轴传感器的前端感应 到。传感器的前端包括相互正交的两对（每对传感一个平行于芯片表面的方向，例如 X 或者 Y）传统平面 霍尔元件（图 4 中的蓝色区域）和一个集磁片 IMC（图 4 的黄色磁盘）。 // Hall Plates 图 4 - Tria⊗is 传感器前端 (4 个霍尔元件和一个 IMC 磁盘) 3901090316 Rev. 006 Page 8 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 B 将在两个分量方向上分别测量，例如 B 和 B 方向。芯片通过集磁片（IMC）将这两个平行的分量（分 别为 B 和 B ）变换为与之正比的两个垂直方向上的分量（分别为 B 和 B ），再通过芯片中可以感应 垂直于芯片表面的传统平面霍尔元件，来测量产生的这两个垂直分量。 当磁铁（径向磁化）在芯片表面转动，如图 3所示，芯片传感部分将产生两个正交的差分信号（正弦和余弦 − 图 5和图 6所示） // X// X// Y// Y// X⊥ Y⊥ 400 300 BX & BY (G) 200 100 0 -100 -200 -300 -400 0 90 180 270 360 450 Alpha (Degree) 540 BX 630 720 630 720 BY 图 5 – 磁场强度– B X ∝ cos(α) & BY ∝ sin(α) 2000 1500 VX & VY (mV) 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000 0 90 180 270 360 450 Alpha (Degree) VX 图 6 – Tria⊗is 三轴传感器前端 − 输出信号 − V X 3901090316 Rev. 006 540 VY ∝ BX ∝ cos(α) & VY ∝ BY ∝ sin(α) Page 9 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 这些霍尔信号通过一个差分的全模拟处理链进行处理，使用了经典的漂移电压消除技术（霍尔元件四相位 旋转和斩波放大器）。 通过处理的模拟信号由 ADC（可编程为 14bit 或 15bit）转换为数字信号传输给 DSP 模块做后续处理。芯片 的 DSP 模块是基于 16bitRISC 微处理器，其主要功能是将两个原始的霍尔信号（通过上述的前端模拟补偿 电路）用以下公式计算出角度位置信号： VY VX α = ATAN 的这一计算功能是通过储存在 ROM（掩膜可编程）中的执行代码（固件− F/W）来控制的。除了实现 的计算, 固件（F/W）还控制了整个模拟处理链、输出传输特征曲线、输出协议、编程/校准以及自 诊断模式。 在 MLX90316 中，″ATAN″ 的计算是通过一个查找表实现（它并不是通过任何 CoRDiC 算法得到的）。 由于″ATAN″运算用于比例值″V /V ″，而由间隙变化，温度变化以及老化等因素引起的磁场强度变化都将等 同作用于两个信号上，因此得到的角度信号本身就有自适应补偿的特点。这一特性使得本芯片相对于传统 的线性霍尔芯片，在温度变化下精确度得到很大的提高。 除了提高了热精确度，芯片还可完全测量 360 度的旋转角度，以及在考虑了典型制造误差（例如霍尔元件 与磁铁的相对摆放位置）下极高的线性度。 计算得到的角度信号（在 360 度内）将进一步与目标输出特征曲线相匹配，在输出端则可以提供以下输出 模式： • 12 bit DAC 后接缓冲器驱动的模拟输出 • 12 bit 信号深度的数字 PWM 输出 (频率可在 100 Hz 到 1 kHz 之间编程) • 数字串行输出 (SP − 可输出 14bit 计算后的角度信号) 例如，模拟输出可以通过对初始电压、增益和箝位电平的编程，来实现各种旋转角度位置的输出特征曲 线： DSP ″ATAN″ Y X Vout(α) = ClampLo Vout(α) = Voffset + Gain × α Vout(α) = ClampHi for α ≤ αmin for αmin ≤ α ≤ αmax for α ≥ αmax 其中 Voffset, Gain, ClampLo 和 ClampHi 都是用户可调节编程的主要参数。 传输曲线的线性部分还可以通过 2 点或者 3 点的校准，来实现所需的线性度要求。 另外，还有独立的数字输出端口可以用作可编程的角度开关。 编程校准的参数存储在带错误校正码（ECC）的 EEPROM 中。 编程时不需要额外的管脚，只需要使用芯片的电源和输出管脚。MLX90316 的编程可以在工程实验室或是 产品线上，通过 Melexis 的编程工具 PTC-04 以及专门的 MLX90316 子板和对应软件 (DLL 或 User Interface) 来实现。 3901090316 Rev. 006 Page 10 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 7. MLX90316 电气规格 在 VDD = 5V （特殊规定除外）下以及由温度后缀（S, E, K 或 L）规定的温度范围内的 DC 工作参数。 参数 符号 测试条件 最小 典型 最大 单位 4.5 5 5.5 V VDD 额定电压 8.5 11 慢速模式 mA Idd 供电电流 13.5 16 mA 快速模式 2 2.7 3 复位启动电平 VDD POR 供电欠压 V -8 8 模拟输出模式 mA Iout 输出电流 -20 20 mA PWM 输出模式 (8) (7) (8) 输出短路电流 Ishort 输出负载 RL 模拟饱和输出 Vsat_lo Vsat_hi 数字饱和输出 VsatD_lo VsatD_hi 主动诊断输出电平 Diag_lo Diag_hi BVSSPD 被动诊断输出电平 (开路跟踪诊断) BVSSPU (11) BVDDPD BVDDPU Vout = 0 V 12 15 mA Vout = 5 V 12 15 mA Vout = 14 V (TA = 25°C) 24 45 mA 1 10 ∞(10) kΩ 1 10 ∞(10) kΩ 3 %VDD 下拉到地 上拉到 5V 上拉负载 R ≥ 10 kΩ 下拉负载 R ≥ 10 kΩ 开漏输出上拉负载 R ≥ 10 kΩ 推挽式 Push-Pull (IOUT = -20mA) 推挽式 Push-Pull (IOUT = 20mA) 下拉负载 R ≥ 10 kΩ 上拉负载 R ≥ 10 kΩ 下拉负载 R ≥ 10 kΩ 上拉负载 R ≥ 10 kΩ 在有下拉电阻 R ≤ 10 kΩ下 地线开路 在有上拉电阻 R ≥ 1kΩ 下 地线开路 在有下拉电阻 R ≥ 1kΩ 下 电源线开路 有上拉电阻到 5V 电源线开路 (9) L L 96 %VDD L 1.5 97 %VDD L 1 L 1.5 L 97 L 98 L L 4(11) L (12) 电气规格待续… 对于双芯片版本来说，供电电流需要乘上 2。 关于慢速和快速模式的详细信息参见章节 14.4.1 。 可应用于模拟输出和 PWM（开漏）输出模式 PWM 模式下 RL < ∞ 详细信息参见章节 15 不适用于 SPI 模式 99 %VDD %VDD (12) (12) %VDD 100 0 %VDD %VDD 1 %VDD 没有开路诊断输出 %VDD MLX 90316 7 8 9 10 11 12 3901090316 Rev. 006 Page 11 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 电气规格 输出箝位电平 …MLX 90316 可编程 Clamp_hi 可编程 Sw_lo 上拉负载 1.5k 到 5V 开关输出 Sw_hi 上拉负载 1.5k 到 5V 如上表所示，MLX90316 可以实现图 7 所示的典型输出范围分类。 0 100 %VDD(13) 0 100 %VDD(13) 0.55 1.1 V 3.65 4.35 V Clamp_lo (14) 100 % 90 % 96 % 92 % 88 % Diagnostic Band (High) Clamping High 80 % Output Level 70 % 60 % 50 % Linear Range 40 % 30 % 20 % 10 % 0% 13 14 12 % 8% 4% Clamping Low Diagnostic Band (Low) 图 7 – 输出范围分类 箝位电平需要和饱和输出综合考虑 （参见 Vsat_lo 和 Vsat_hi） 参考章节 Error! Reference source not found. 的应用图例 3901090316 Rev. 006 Page 12 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 8. MLX90316 隔离规格 在 VDD = 5V （特殊规定除外）下以及由温度后缀（S, E, K 或 L）规定的温度范围内的 DC 工作参数。 仅仅适用于 GO 封装即双芯片版本。 隔离阻值 参数 符号 测试条件 两个芯片之间 最小 典型 最大 4 单位 MΩ 9. MLX90316 时序规格 在 VDD = 5V （特殊规定除外）下以及由温度后缀（S, E, K 或 L）规定的温度范围内的 DC 工作参数。 参数 主时钟频率 符号 Ck 采样时间 阶跃响应时间 看门狗复位时间 启动周期 模拟输出转换速度 频率 数字输出上升时间 PWM 15 16 Ts Wd Tsu FPWM 测试条件 慢速 快速 慢速 快速 慢速 , Filter=5 快速 , Filter=0 参见章节 15 慢速和快速 单位 (15) 7 MHz (15) 20 MHz (16) 600 µs (16) 200 µs (15) (16) (15) (16) 400 (15) COUT = 42 nF 200 COUT = 100 nF 100 PWM 输出模式下 模式 5 – 10nF, R = 10 kΩ 模式 7 – 10nF, R = 10 kΩ 数字输出下降时间 模式 5 – 10nF, R = 10 kΩ 模式 7 – 10nF, R = 10 kΩ 慢速和快速模式的详细信息参见章节 14.4.1 。 滤波器参数的详细信息参见章节 14.5 。 3901090316 Rev. 006 最小 典型 最大 100 4 ms 600 µs 5 ms 15 ms V/ms 1000 Hz L 120 µs L 2.2 µs L 1.8 µs L 1.9 µs Page 13 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 10. MLX90316 精度规格 在 VDD = 5V （特殊规定除外）下以及由温度后缀（S, E, K 或 L）规定的温度范围内的 DC 工作参数。 参数 转换 sine 和 cose 初始信号 的 ADC 分辨率 热漂移 #1 符号 RADC (18) 热漂移 #2 （仅在模拟输出模式下） 灵敏度误差温漂 (19) 本征线性误差 模拟输出分辨率 Le (20) RDAC 输出模块噪声 噪声峰值 测试条件 最小 典型 最大 单位 (17) 15 bits (17) 14 bits 慢速 快速 DSP 输入的热温漂（除去 DAC 和输出模块的部分） 温度后缀为 S, E 和 K 温度后缀为 L DAC 和输出模块的热温漂 温度后缀为 S, E 和 K 温度后缀为 L 温度后缀为 S, E 和 K 温度后缀为 L TA = 25°C （无噪声条件下） 按电源比例输出的误差 PWM 输出分辨率 PWM 抖动 SPI 输出分辨率 (22) +60 LSB15 -90 +90 LSB15 - 0.3 + 0.3 %VDD - 0.4 + 0.4 %VDD - 0.3 + 0.3 % - 0.5 + 0.5 % -1 1 Deg 0.025 12 bits DAC %VDD/LSB INL -4 +4 LSB DNL -2 +2 LSB 输出箝位 RG = 9, 慢速, Filter=5 RG = 9, 快速, Filter=0 (21) -60 （无干扰条件下） RPWM 12 bits JPWM RG = 6, FPWM = 250 Hz – 800Hz RSP 14 bits – 360 Deg. 范围 （无抖动条件下） 0.05 -0.1 %VDD 0.03 0.06 Deg 0.1 0.2 Deg 0 0.1 %VDD %DC/LSB 0.025 0.2 0.022 %DC Deg/LSB 15 bits 包括 14 bits 和 1bit 的符号位；14 bits 包括 13 bits 和 1bit 的符号位.。经过角度的计算转化之后，慢速的 精度为 0.005Deg/LSB 快速的精度为 0.01Deg/LSB 。 例如，热漂移 #1 ± 60LSB 等同于最大 ± 0.3 Deg.的角度误差 (DSP 的输出)。详细信息参见前端应用手册。这 仅仅适用于开启了自动增益匹配功能 (参见章节14.4.2)。 例如,，灵敏度误差温漂±0.4%等同于最大±0.1Deg 的角度误差 (DSP 的输出)。详细信息参见前端应用手册。 本征线性误差仅指在理想旋转磁铁下，芯片本身的误差（漂移、灵敏度误差、正交误差）。当考虑到实际 的磁铁结构和机械、磁铁的误差，输出线性误差将会增加。但是，用户可以通过 MLX90316 的多点后端校准 来提高线性度。 详细信息请参见滤波器章节 (章节 14.5)。测试时使用了应用图例中的推荐连线方式。 抖动定义为连续 1000 次的测量中±3 σ 的范围，测试时输出曲线斜率为 100%DC/360 Deg. 17 15 18 14 15 19 20 21 22 3901090316 Rev. 006 Page 14 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 11. MLX90316 磁铁规格 在 VDD = 5V （特殊规定除外）下以及由温度后缀（S, E, K 或 L）规定的温度范围内的 DC 工作参数。 参数 符号 测试条件 最小 典型 最大 单位 B 20 50 70 mT 磁场强度（在芯片表面） TCm -2400 0 ppm/°C 磁铁的温度系数 (23) 12. DSP MLX90316 CPU 和存储单元规格 基于 6 bit RISC μ控制器，其 CPU 工作频率为 20 MHz，处理指令速度为 5 Mips。 参数 23 符号 测试条件 最小 典型 最大 单位 ROM 10 kB RAM 256 B EEPROM 128 B 超过 70 mT，集磁片 IMC 将开始逐渐饱和，导致线性误差增大。 3901090316 Rev. 006 Page 15 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 13. MLX90316 后端用户 后端用户可编程参数 用户可编程参数 参数 Output Mode PWMPOL1 PWMT CLOCKWISE DP LNR_S0 LNR_A_X LNR_A_Y LNR_A_S LNR_B_X LNR_B_Y LNR_B_S LNR_C_X LNR_C_Y LNR_C_S CLAMP_HIGH CLAMP_LOW KD KDHYST DEADZONE FHYST MELEXISID1 MELEXISID2 MELEXISID3 CUSTUMERID1 CUSTUMERID2 CUSTUMERID3 HIGHSPEED FSWAP FILTER FILTER A1 FILTER A2 ARGC AUTO_RG RoughGain RGThresL RGThresH EEHAMHOLE RESONFAULT 注释 规定了输出模式 PWM 的极性 PWM 的频率 零点位置 A 点之前的斜率 A 点的 X 轴坐标 A 点的 Y 轴坐标 A 点之后的斜率 B 点的 X 轴坐标 B 点的 Y 轴坐标 B 点之后的斜率 C 点的 X 轴坐标 C 点的 Y 轴坐标 C 点之后的斜率 箝位高电平 箝位低电平 开关输出 开关输出的滞后参数 的滤波器参数 A1 的滤波器参数 A2 初始时增益快速搜索 自动调节 Rough Gain FILTER=6 FILTER=6 后端用户可编程参数待续 ... 24 MLX90316SDC–BCG–STANDARD 3901090316 Rev. 006 预设值 STANDARD SPI PPA PPD 4 N/A 4 7 0 N/A N/A 1 1000h N/A N/A 1kHz 0 0 0 1 0h 0h 0h 0h 0h N/A N/A N/A 8000h 0 0 0 0h 0% 10% 10% 0h 100%/360d 80%/360d 80%/360d FFFFh FFFFh FFFFh FFFFh 0h FFFFh FFFFh FFFFh 0h N/A N/A N/A FFFFh FFFFh FFFFh FFFFh FFFFh FFFFh FFFFh FFFFh 0h N/A N/A N/A 8% 0% 10% 10% 8% 100% 90% 90% FFFFh FFFFh FFFFh FFFFh 0 N/A N/A N/A 0 0 0 0 4 0 0 0 MLX MLX MLX MLX MLX MLX MLX MLX MLX MLX MLX MLX 1 1 1 1 6(24) 19 16 20 MLX MLX MLX MLX 0 1 0 1 1 1 0 1 5 0 2 5 6600h N/A N/A N/A 2A00h N/A N/A N/A 0 1 1 1 0 1 1 1 9 0 3 0 0 0 0 0 15 15 15 15 3131h 0 0 0 0 1 1 1 # bit 3 1 16 1 15 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 8 8 8 16 16 16 8 16 16 1 1 8 16 16 1 1 8 4 4 16 2 版本，CUSTUMERID2 参数可能与给出的数值不符（28d 而不是 6d） Page 16 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 后端用户可编程参数 … MLXLOCK LOCK 14. 14.1. 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 后端用户可编程参数详述 输出模式 MLX90316 输出类型由输出模式参数所决定。 参数 模拟输出模式 PWM 输出模式 SPI 值 2, 4 5 7 N/A 描述 模拟轨-轨输出 开漏 (NMOS) 推挽式(Push-Pull) 开漏 (NMOS) 模拟输出模式 模拟输出模式为轨到轨并且正比于电源电压的模拟输出，采用推挽式（push-pull）的输出模块可以配置为 使用上拉或者下拉电阻。 14.1.2. PWM 输出模式 当选择了 PWM 的一种输出模式，输出信号则为脉冲宽度调制（PWM）的数字信号。 在模式 5 下，输出级是开漏的 NMOS 晶体管（接地端）需要使用一个上拉到 V 的电阻。 在模式 7 下，输出级是推挽式输出，Melexis 推荐使用一个上拉到 V 的电阻。 PWM 的极性可以通过 PWMPOL1 参数来选择： • PWMPOL1 = 0 ：100%输出为全低电平 • PWMPOL1 = 1 ：100%输出为全高电平 PWM 的频率可以通过 PWMT 参数来选择： PWM 频率代码 (基于典型的主时钟频率) 脉冲宽度调制频率 (Hz) 晶振模式 100 200 500 1000 ~35000 ~17500 ~7000 ~3500 低速 ~50000 ~20000 ~10000 高速 例如，在低速模式下，将 PWMT 设为 7000 (十进制) 将把 PWM 频率设在 500Hz 左右 。 14.1.1. DD DD (25) 为了补偿不同批次芯片之间的主时钟频率（Ck）的偏移，Melexis 强烈推荐在 EOL 编程时对 PWM 的频率进 行修剪。 25 3901090316 Rev. 006 Page 17 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 串行协议输出模式 MLX90316 提供了数字串行协议输出模式，其中 MLX90316 芯片为从属节点。串行通信的详细信息参见章 节 Error! Reference source not found.。 14.1.4. 开关输出 参数 值 单位 14.1.3. KD 0…359.9999 deg KDHYST 0 … 1.4 deg 当数字角度信号大于存储在 KD 参数中的值时，开关将被触发（Sw_lo）。这个角度值是以 DP 参数值为零 点定义的角度，而不是绝对的 0 度。 KDHYST 定义了在开关角度值附近的迟滞幅度。当数字角度信号大于 KD+KDHYST ，开关才会被触发；当 数字角度信号小于 KD-KDHYST ，开关才会被失效。 如果要使用开关输出，必须按照图 8 所示连接电路。其电器规格请参见章节7 。 如果在应用中不需要使用开关输出，开关输出管脚必须连接到地。 5V MLX90316 1k5 SWITCH OUT to uC I/O Port 100 nF 6kΩ Ω 125 Ω 175 Ω ECU 图 8 – 开关输出的应用图例 3901090316 Rev. 006 Page 18 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 14.2. 输出传输特征曲线 参数 值 CLOCKWISE 单位 0 CCW 1 CW DP LNR_A_X LNR_B_X LNR_C_X LNR_A_Y LNR_B_Y LNR_C_Y LNR_S0 LNR_A_S LNR_B_S LNR_C_S 0 … 359.9999 deg 0 … 359.9999 deg 0 … 100 % 0 … 17 %/deg -17 … 0 … 17 %/deg CLAMP_LOW 0 … 100 % CLAMP_HIGH 0 … 100 % DEADZONE 0 … 359.9999 deg 参数 CLOCKWISE 参数定义了磁铁旋转的方向。 • CCW 定义按 1-4-5-8 管脚顺序（SOIC8 封装）或按 1-8-9-16 管脚顺序（TSSOP16 封装）旋转。 • CW 定义为相反的旋转方向，即按 8-5-4-1 管脚顺序（SOIC8 封装）或者按 16-9-8-1 管脚顺序 （TSSOP16 封装）旋转。 管脚位置参考描述集磁片 IMC 位置的图例（章节 20.3 和 20.6）。 14.2.2. 不连续点 （或者零点） 或者零点） 不连续点定义了圆周的 0° 点，可以放置在圆周的任何位置，DP（不连续点）参数用来作为所有角度测量的 参考值。. 14.2.1. CLOCKWISE 360° 0° 不连续点的位置是可以编程的 图 9 – 不连续点的位置 3901090316 Rev. 006 Page 19 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 参数 LNR 参数和箝位值完全定义了数字角度值与输出信号之间的关系（传输函数）。 MLX90316 从数字角度值到输出电平的传输函数的形状如下图所示：可以实现六段斜率的编程，但是两段 箝位电平必须为 0。 14.2.3. LNR 100 % Clamping High CLAMPHIGH C Slope LNR_C_S LNR_C_Y B Slope LNR_B_S LNR_B_Y A Slope LNR_A_S LNR_A_Y Slope LNR_S0 Clamping Low CLAMPLOW 0% 0 LNR_A_X LNR_B_X LNR_C_X 360 (Deg.) 参数 箝位电平参数有两个独立的值来限制输出电平的范围。 CLAMP_LOW 参数设置了输出电平的最小值； CLAMP_HIGH 设置了输出电平的最大值。两个参数都有 16bits 的设置分辨率。在模拟输出模式中，因为 D/A 转换器（ 12bits）的限制，分辨率为 0.024%V ；在 PWM 模式中，分辨率为 14bits 或 0.022deg （360deg 的输出范围）。 14.2.5. DEADZONE 参数 DEADZONE 参数可以在 0 到 359.9999 度之间定义一个角度窗口。 当数字角度信号在这个区域内，芯片将进入错误模式（RESONFAULT 参数必须设为“1” – 参见 14.6.1)。 14.2.4. CLAMPING DD 14.3. 标识 参数 值 MELEXSID1 MELEXSID2 MELEXSID3 CUSTUMERID1 CUSTUMERID2 CUSTUMERID3 0 … 65535 0 … 65535 0 … 65535 0 … 255 0 … 65535 0 … 65535 单位 标识值：40bits 可自由使用的参数，一般用于用户对芯片的跟踪。 3901090316 Rev. 006 Page 20 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 14.4. 传感器前端 参数 值 单位 0 = Slow mode 1 = Fast mode 0 = disable 1 = enable 0 = disable 1 = enable HIGHSPEED ARGC AUTO_RG RoughGain 0 … 15 RGThresL 0 … 15 RGThresH 0 … 15 参数 HIGHSPEED 参数定义了 DSP 的主频率。 • HIGHSPEED = 0 选择了 7MHz 主频的慢速模式。 • HIGHSPEED = 1 选择了 20MHz 主频的快速模式。 为了更好的噪声性能，请选择慢速模式。 14.4.2. ARGC, AUTO_RG, RoughGain 参数 AUTO_RG 和 ARGC 参数使能了模拟处理链的自动增益控制（AGC）功能。AGC 循环基于： (V )²+ (V )² = (Amplitude)² = (Radius)² 并将输入信号的幅度调整为 90%的 ADC 幅度。 在开始阶段，将使用存储在 RoughGain 参数中的增益值。根据 AUTO_RG 和 ARGC 的设置，AGC 控制将 如下进行： • 当 ARGC 设为 1，AGC 控制机制将通过跳跃值来达到目标增益。需要注意的是这一控制机制只在 增益初始值没有使 ADC 饱和的情况下适用。当 ARGC=1 时，Melexis 推荐使用 RoughGain ≤ 3。 • 当 ARGC 设为 0 并且 AUTO_RG 设为 1 时，AGC 控制只能在每个时钟内通过步进增益，最终到达 90%ADC 范围。注意如果 RoughGain 的值与实际需要的增益相差过远的话，芯片将在进入正常工 作模式（在启动阶段之后）时，仍然没有到达正确的目标增益。这样将导致器件进入诊断低模式 （磁场过低/磁场过高– 参见章节 15）。 • 当 ARGC 和 AUTO_RG 都设为 0 时，AGC 控制被关闭，增益将使用存储在 RoughGain 参数中的 值。Melexis 不建议使用这个模式。 AUTO_RG 参数在芯片正常工作时，启动自动增益控制作为后台任务。 Melexis 强烈推荐在所有应用中设置 ARGC 为 1，AUTO_RG 为 1RoughGain ≤ 3。如果应用中磁铁的规格 确定且稳定，可以选择合适的 RoughGain 值，并编程 ARGC 为 0， AUTO_RG 为 1。 请注意在章节10列出的角度误差只有在 AUTO_RG 设为 1 时才适用。AUTO_RG=1 还可以避免模拟处理链 的饱和， 同样会影响到线性度。 正在使用的增益 (RG)可以通过 PTC-04 读出，并可以大致得出应用中磁场强度（幅度）。 14.4.3. RGThresL, RGThresH 参数 RGThresL 和 RGThresH 参数定义了增益(Rough Gain)可以变化的范围。在这范围之外，输出将为诊断低 电平。 14.4.1. HIGHSPEED X 3901090316 Rev. 006 Y Page 21 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 14.5. FILTER 参数 值 单位 FHYST 0 … 11 ; step 0.04 deg FILTER 0… 6 0 1 FSWAP 内有三种滤波器： 滞回滤波器：可以通过 FHYST 参数编程。 低通 FIR 滤波器：通过 Filter 参数编程控制。 低通 IIR 滤波器：通过 Filter 参数编程控制，滤波器参数为 FILTER A1 和 FILTER A2。 注：如果 FSWAP 参数设为 1，滤波将作用于数字信号上；如果设为 0，将作用于输出传输函数上。 14.5.1. 滞回滤波器 FHYST 参数用来配置滞回滤波器。如果数字信号变化小于 FHYST 参数中的值，芯片的输出将不会被更 新，只有变化值超过滞回值输出值才会改变。因此，滞回滤波器可以将分辨率减小到与芯片内部噪声相兼 容的水平。滞回值必须编程到一个与噪声水平相近的值。 请注意对于可编程版本，FHYST 参数默认设为 4。如果你不想使用这一功能，请将其设为 0。 14.5.2. FIR 滤波器 MLX90316 可以实现 6 种 FIR 滤波器模式，通过 Filter 参数 = 0…5 来控制。传输函数可以如下描述： MLX90316 • • • yn = j 1 j ∑a ∑a x i n −i i =0 i i =0 滤波器 0 到 5 的特征如表 1 所示： Filter No (j) 类型 参数 a … a Title 90% 反应时间 99% 反应时间 0 5 Efficiency RMS (dB) Efficiency P2P (dB) 0 Disable N/A No Filter 1 1 0 0 1 2 3 4 Finite Impulse Response 110000 121000 133100 111100 Extra Light Light 2 3 4 4 2 3 4 4 2.9 4.0 4.7 5.6 2.9 3.6 5.0 6.1 5 122210 5 5 6.2 7.0 表 1 - FIR 滤波器选择表 3901090316 Rev. 006 Page 22 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 FIR and HYST Filters : Step response Comparative Plot 40000 x(n) [0..65535] Scale 38000 fir(n) hyst(n) 36000 34000 32000 30000 0 5 10 15 Milliseconds 20 25 30 FIR and HYST Filter : Gaussian white noise response 40200 x(n) 40150 fir(n) hyst(n) [0..65535] Scale 40100 40050 40000 39950 39900 39850 39800 0 50 100 150 Milliseconds 图 10 – FIR（Filter=3）FHYST=10 时的阶跃响应和噪声响应 滤波器 Filter=6 则启动 IIR 滤波器。在 MLX90316 中实现的 IIR 框图如图 11所示。只有参数 A1 和 A2 是可编程的 （参见表格表 2）。 14.5.3. IIR b0 = 1 x(n) y(n) Z-1 Z-1 b1 = 2 -a1 Z-1 Z-1 b2 = 1 -a2 图 11 - IIR 框图 3901090316 Rev. 006 Page 23 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 Filter No 类型 Title 90% 反应时间 11 9.9 12.9 26112 10752 Efficiency RMS (dB) Efficiency P2P (dB) A1 A2 参数 参数 16 11.4 14.6 28160 12288 6 2nd Order Infinite Impulse Response (IIR) Medium & Strong 26 40 52 13.6 15.3 16.2 17.1 18.8 20 29120 30208 31296 12992 13952 14976 100 >20 >20 31784 15412 表 2 - IIR 滤波器选择表 图 12显示了使用默认参数 A1 和 A2 的 IIR 滤波器对于高斯噪声的响应 。 IIR Filter - Gaussian White Noise Response 40200 [0…65535] Scale 40150 x(n) y(n) 40100 40050 40000 39950 39900 39850 39800 0 50 100 150 Time 图 12 – IIR 滤波器的噪声响应 14.6. 可编程的诊断设置 参数 RESONFAULT EEHAMHOLE 值 单位 0 1 0 3131h 参数 当 RESONFAULT 参数设为 1 时，如果 CPU 检测到错误以后将软件重启。初始设置下，这个参数被设为 0，但是推荐将设为 1 以开启自诊断模式（参见章节15）。 注意在软件的用户界面（MLX90316UI），RESONFAULT 参数被分为 2bits： • DRESONFAULT：检测到错误时重启（设为 0 时则不启动此功能） • DOUTINFAULT：检测到错误时输出进入诊断低（设为 0 时则不启动此功能） 14.6.2. EEHAMHOLE 参数 EEHAMHOLE 参数在设为 3131h 时，当 CRC 检测到错误时，将不进行存储器恢复（汉明码）检测。 14.6.1. RESONFAULT 3901090316 Rev. 006 Page 24 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 Melexis 14.7. 强烈推荐将此参数设为 0（开启存储恢复）。 锁定 参数 MLXLOCK LOCK 值 单位 0 1 0 1 参数 MLXLOCK 将锁定所有由 Melexis 设定的参数。 14.7.2. LOCK 参数 LOCK 将锁定所有由用户设定的参数。当锁定参数设为 1 以后，将不能再更改 EEPROM 内的值。 注意 LOCK 参数要通过 solver 函数 “MemLock”.来实现。 14.7.1. MLXLOCK 3901090316 Rev. 006 Page 25 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 15. MLX90316 自诊断 MLX90316 提供大量自诊断功能，这些功能大大提高了芯片运行的稳健性，并且防止芯片在发生内部或外部错 误时输出错误的信号（失效安全）。 错误模式 诊断措施 诊断措施 对输出的影响 注释 在启动时 ROM CRC 错误 CPU 重启 诊断低 所有输出在启动阶段都 为诊断低 （64words 包括智能看门狗 电路 - IWD） ROM CRC 错误（工作模式- 进入死循环： 立刻输出诊断低 后台任务） - 看门狗重启电路 - 设置输出到诊断低 启动时 RAM 测试失败 CPU 重启 诊断低 所有输出在启动阶段都 为诊断低 启动时校准数据 CRC 错误 汉明码恢复 如果恢复成功启动时间 将增加 3ms 启动时汉明码恢复失败 CPU 重启 立刻输出诊断低 参见 14.6.2 校准数据 CRC 错误（工作 CPU 重启 立刻输出诊断低 模式-后台任务） 死区（DEADZONE） 设置输出为诊断低；一旦离 立刻输出诊断低 一旦离开死区立刻恢复 开死区恢复正常模式。 正常输出 ADC 溢出 设置输出为诊断低；一旦恢 立刻输出诊断低 （ADC 输出为 0000h 或 复进入正常模式并 CPU 重 7FFFh） 启。 (50 % - 100 %) Radius 上溢出 ( > 100% ) 或 设置输出为诊断低；一旦恢 立刻输出诊断低 没有磁铁或者磁场过强 Radius 下溢出( < 50 % ) 复进入正常模式并 CPU 重 参见 14.4.2 启。 Fine Gain 溢出 设置输出为诊断低；一旦恢 立刻输出诊断低 (FG < 0d 或 > 63d) 复进入正常模式并 CPU 重 启。 Rough Offset 溢出 设置输出为诊断低；一旦恢 立刻输出诊断低 (RO is < 0d 或 > 127d) 复进入正常模式并 CPU 重 启。 设置输出为诊断低；一旦恢 立刻输出诊断低 Rough Gain 溢出 参见 14.4.2 复进入正常模式并 CPU 重 (RG < RGTHRESLOW 或 RG 启。 > RGTHRESHIGH) 设置输出为诊断低；一旦恢 立刻输出诊断低 DAC 检测 (数模转换器) 复无需 CPU 重启直接进入正 常模式。 MLX90316 错误模式继续 … (26) 26 CPU 重启包括 1. 2. 3. 4. 27 (27) 核心重启（和断电重启一样），将引入标准的启动时间。 外围部件重启（和断电重启一样）。 错误标识/状态丢失 通过设置 RESONFAULT 为 0 可以关闭重启功能 (参见14.6.1) 诊断输出电平规格请参考章节 7 3901090316 Rev. 006 Page 26 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 错误模式 错误模式 ADC 检测 (数模转换器) …MLX90316 诊断措施 对输出的影响 注释 ADC Inputs are Shorted 设置输出为诊断低；一旦恢 立刻输出诊断低 复无需 CPU 重启直接进入正 常模式。 在启动阶段，等待直到 V > - V < POR level => 欠压模式 输出高阻抗 3V. - POR level < V < 3 V => 在工作阶段，CPU 将在 3ms 的 输出诊断低 防抖动操作后重启 固件错误 CPU 重启 立刻输出诊断低 智能看门狗电路 读/写操作超出存储器地址 CPU 重启 立刻输出诊断低 100%硬件检测 写操作进入保护区域 (IO CPU 重启 立刻输出诊断低 100%硬件检测 和 RAM 区域) 未授权进入系统模式 CPU 重启 立刻输出诊断低 100%硬件检测 V >7V 设置输出为高阻抗（模拟输 使用下拉阻抗 => 诊断低 100%硬件检测 出） 使用上拉阻抗 => 诊断高 V > 9.4 V 芯片关闭内部电压 使用下拉阻抗 => 诊断低 100%硬件检测 恢复后 CPU 重启 使用上拉阻抗 => 诊断高 V 断开 恢复后 CPU 重启 使用下拉阻抗 => 诊断低 100%硬件检测 使用上拉阻抗 => 诊断高 为了满足诊断低电平的 规格，下拉阻抗≤ 10 kΩ - < 2% V (温度后缀 S 和 E) - < 4% V (温度后缀 K) - 温度后缀 L 请联系 Melexis V 断开 恢复后 CPU 重启 如果上拉电平 V = 使用下拉阻抗 => 诊断低 V ，将不会输出诊断 使用上拉阻抗 => 诊断高 电平。 上拉阻抗 (≤ 10kΩ) 到上 拉电平 > 8 V 可以满足 诊断高电平的规格> DD DD DD DD (27) DD SS (28) DD DD DD (28) PULLUP DD 96% Vdd. 28 SPI 版本无效 3901090316 Rev. 006 Page 27 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 16. 16.1. 串行通信 简介 可以实现数字串行通信模式。其中 MLX90316 当成从属节点。MLX90316 的串行通信是一个 3 线的通信协议 (/SS, SCLK, MOSI-MISO)： • /SS 管脚为 5 V 上限的数字输入 • SCLK 管脚为 5 V 上限的数字输入 • MOSI-MISO 管脚为 5 V 上限的开漏数字输入或输出 对标准 SPI 规格的基本知识有基本了解，将会对本章节的理解有较好帮助。 MLX90316 16.2. 串行通信模式 偶数时钟沿用来取样数据 高电平时钟 上升沿将 1bit 数据移位至从器件的输出端，下降沿采样主器件的输入端。 • • CPHA = 1 CPOL = 0 主器件输出从器件输入 主器件输出从器件输入) 16.3. MOSI ( 主器件发送命令到从器件以获得角度信息。 主器件输如从器件输出) 16.4. MISO ( 从器件的 MISO 是一个开射级输出。由于容性负载（TBD），需要使用>1 kΩ的上拉电阻来获得高电平（在 高速模式下）。注意 MOSI 和 MISO 使用 MLX90316 相同的物理管脚。 从器件选择) 16.5. /SS ( /SS 管脚使能帧传输（CPHA=1）。如果出现通信错误，通过它将从器件和主器件重新同步。 16.6. 主器件启动 在主器件启动时，/SS, SCLK, MISO 不需要定义，只要从器件在第一帧传输前会被重新同步。 16.7. 从器件启动 从器件启动（上电或者发生内部错误后）持续 16ms，而第一帧也将在这 16ms 后发送。在这段时间内从器 件将忽略/SS 和 SCLK，MISO 处于 Hi-Z 状态 (例如高阻抗) 直到/SS 选择从器件。MLX90316 在启动阶段则 可以接收主器件发送的任何信号。 3901090316 Rev. 006 Page 28 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 16.8. 时序 为了同步通信，主器件将拉高/SS 信号至少 t5 (1.5 ms)。这样，从器件将准备好接受新的帧数据。主器件可 以在任何时候进行重新同步，甚至在传输字节的中途。 注：任何小于 t5 的高电平将导致未定义的帧状态，因为无法确定从器件是否收到/SS 失效的信号。 t6 t1 t1 t7 t1 t1 t1 t4 t2 t9 t5 SCLK MOSI/ MISO /SS 2 Startbytes 时序 29 最小值 (29) Byte 0 Byte 1 最大值 t1 2.3 µs / 6.9 µs - t2 12.5 µs / 37.5 µs - t4 2.3 µs / 6.9 µs - t5 300 µs / 1500 µs - t5 0µs t6 2.3 µs / 6.9 µs - t7 15 µs / 45 µs - t9 - <1 µs TStartUp - < 10 ms / 16 ms - Byte 2 Byte 7 注释 MISO 上没有容性负载. t1 是在字节中每一位上最小的时钟 周期 t2 是不同字节间最小的时间间隔 最后一个时钟到/SS=high=芯片选中 失效的时间间隔 保证启动帧重新同步的最小/SS = Hi 的时间 保证不会启动帧重新同步的最大 /SS = Hi 的时间 t6 定义了/SS = Lo 到第一个时钟沿的 最短时间 t7 是启动字节到第一个字节的最小 时间间隔 /SS = Hi到MISO 总线高阻抗的最大 时间间隔 重启到任何主器件信号改变的最小 时间间隔 上述时序基于晶振频率为 20MHz (快速) / 7 MHz (慢速) 3901090316 Rev. 006 Page 29 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 16.9. 从器件重启 一个内部的软件错误将会使从器件在 1 秒后或者发送完错误帧后重启。一个内部硬件错误将自动重启从器 件。在这种情况下，串行通信不会实现。串行通信链接只有在第一个同步（主器件拉高/SS 持续至少 t5）完 成之后才开始。 帧层 16.10. 器件指令机制 在每一帧数据传输之前，主器件将发送字节 AAh 以使能帧传输。角度测量值的锁存点位于第一个数据帧字 节前的最后一个时钟沿。 16.10.1. Latch point /SS SCLK MOSI A A F F F F F F F F F F F F F F F F F F A A F F F F MISO F F F F D A T A F F F F F F F F F F F F D Timing diagram 数据帧结构 一个数据帧包含了 10 个字节： • 2 个启动字节（AAh 和 FFh） • 2 个数据字节 (DATA16 – 高位先入) • 2 个反向的数据字节 (/DATA16 -高位先入) • 4 个全高字节 主器件将发送 AAh（如果是传输管反向输出则为 55h）以及九个字节的 FFh。从器件将回应两字节的 FFh、4 字节的数据和 4 字节的 FFh。 16.10.3. 时序 帧没有时序限制：一帧的传输可以在任何时候开始，没有任何帧间时间的限制。 16.10.2. 3901090316 Rev. 006 Page 30 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 数据结构 DATA16 可以使一个实际的角度或者一个错误信号。这两种信号由 LSB 来区分。 DATA16: 角度信号 A[13:0] (Angle Span)/2 16.10.4. 14 Most Significant Byte MSB A13 DATA16: A12 A11 A10 A9 A8 Less Significant Byte A7 LSB A6 MSB A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 LSB 1 E1 LSB E0 错误信号 Most Significant Byte MSB E15 BIT E0 E1 E2 E3 E4 E14 E13 E12 E11 E10 Less Significant Byte E9 LSB E8 MSB E7 E6 E5 E4 E3 E2 名称 0 1 F_ADCMONITOR F_ADCSATURA F_RGTOOLOW E5 E6 E7 F_MAGTOOLOW F_MAGTOOHIGH F_RGTOOHIGH E8 E9 E10 E11 E12 E13 E14 E15 F_FGCLAMP F_ROCLAMP F_MT7V F_DACMONITOR - 失效 饱和 (电器失效或者磁场强度过强) 模拟增益在下阈值以下 (可能的原因：磁场强度过低) 磁场强度过低 磁场强度过强 模拟增益在上阈值以上 (可能的原因：磁场强度过强) 不会在串行通信中出现 模拟漂移补偿溢出 芯片电源 VDD 大于 7V ADC ADC 不会在串行通信中出现 角度计算 所有通信时序都是独立于（异步）角度数据处理的。角度由从器件持续计算： • 慢速：最多每 1.5ms • 快速：最多每 350us 最后一个计算得到的角度将被保持，主器件可以在任何时候读入。由于从器件任何内部失效都将导致软重 启，因此只有有效的角度才被被从器件传输。 16.10.6. 错误处理 如果出现任何在章节Error! Reference source not found.列出的错误，串行通信将重新开始。主器件可以 读出错误信息，从器件将在发送错误信息帧后进行软重启。 发生其他错误 (ROM CRC 错误、 EEPROM CRC 错误、RAM 检测错误、智能看门狗错误等等)，从器件的 串行通信不会被重启。MOSI/MISO 管脚将持续高阻抗状态（不发送错误信息帧）。 16.10.5. 3901090316 Rev. 006 Page 31 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 17. 17.1. 推荐的应用图例 使用 SOIC 封装的 MLX90316 模拟输出模式的连线 ECU 5V Vdd 8 1 C1 100nF Vdd GND Vss MLX90316 Test 1 Switch Out ADC C2 100nF Vdig C3 100nF Test 2 5 4 Output Out1 NotUsed R1 10K C4 4.7nF 图 13 –SOIC8 封装 MLX90316 的推荐连线 17.2. (30) . 使用 TSSOP 封装的 MLX90316 模拟输出模式的连线 ECU VDD1 Vdd1 GND1 GND1 GND1 C3 100nF 16 1 C1 100nF C2 100nF Vdig1 Vss1 C7 4.7nF R1 10K Output1 Out1 Vdd1 C4 100nF MLX90316 Vdd2 Vss2 ADC 9 8 Out2 VDD2 Vdd2 GND2 GND2 Vdig2 C5 100nF C6 100nF 30 GND2 R2 10K C8 4.7nF Output2 图 14 – TSSOP16 封装（双芯片）MLX90316 的推荐连线 如果使用了开关输出，请参见章节 Error! Reference source not found. 。 3901090316 Rev. 006 Page 32 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 17.3. PWM 低端输出连线 ECU 5V Vdd 8 1 C1 100nF Vdd GND Vss MLX90316 Test 1 Switch Out TIMER C2 100nF Vdig 5V C3 4.7nF Test 2 5 4 Output PWM NotUsed R1 1K C4 4.7nF 图 15 –PWM 低端输出配置的推荐连线 (31) 17.4. . 串行通信模式 以下是单芯片以及双芯片从器件应用的通用电路图 。 17.4.1. SPI 版本 – 单芯片 SPI Master C1 100nF GND 8 1 Vdd 5V Vdd Vss MLX90316 Test 0 _SS _SS Test 1 SCLK MOSI 5 MISO /SS 4 SCLK SCLK MOSI C2 100nF Vdig MOSI R2 1K 3.3V/5V 图 16 – MLX90316 SPI 版本 – 单芯片 – 应用图例 31 如果使用开关输出，请参见章节 Error! Reference source not found.。 3901090316 Rev. 006 Page 33 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 17.4.2. SPI 版本 – 双芯片 SPI Master C1 100nF GND 8 1 Vdd 5V Vdd Vss C2 100nF MLX90316 Test 0 _SS1 _SS1 MOSI Test 1 SCLK MOSI 5 MISO /SS 4 SCLK1 SCLK1 Vdig #1 MOSI R2 1K 3.3V/5V C1 100nF _SS2 8 1 SCLK2 Vdd Vss C2 100nF MLX90316 Test 0 _SS2 /SS Test 1 SCLK MOSI 5 4 SCLK2 Vdig #2 图 17 – MLX90316 SPI 版本 – 双芯片 – 应用图例 3901090316 Rev. 006 Page 34 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 17.4.3. 非 SPI 版本 (标准版本) SPI Master C1 100nF GND 8 1 Vdd 5V Vdd _SS _SS Vss C2 100nF MLX90316 Test 0 R4 Vdig SCLK R5 Test 1 SCLK MOSI MISO 5 4 /SS R3 MOSI R1 MOSI R2 3.3V/5V 图 18 – MLX90316 − 单芯片 − 串行通信模式 应用类型 5V µCtrl w/o O.D. w/o 3.3V 5V µCtrl w/o O.D. w/ 3.3V 3.3V µCtrl w/o O.D. (32) 5V µCtrl w/ O.D. w/o 3.3V (33) 3.3V µCtrl w/ O.D. 32 33 微处理 上拉电 90316 器电源 源 (V) 电源 (V) (V) 5V 5V 3.3V 5V 3.3V 5V 3.3V 3.3V 5V 3.3V 3– 5V 5V 5V 5V 5V 类 型 MOS R1 (Ω) R2 (Ω) R3 (Ω) R4 (Ω) R5 (Ω) 100 150 150 100 150 1000 1000 1000 1000 1000 20,000 N/A N/A 20,000 N/A 1000 1000 N/A 1000 N/A 20,000 20,000 N/A 20,000 N/A 表 不同规格应用下的电阻阻值 BS170 BS170 BS170 N/A N/A 带开漏输出的微处理器 (例如 NEC V850ES 系列) 不带开漏输出的微处理器(例如 TI TMS320 系列或 ATMEL AVR ) µCtrl w/ O.D. : µCtrl w/o O.D. : 3901090316 Rev. 006 Page 35 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 18. Melexis 产品在不同焊接工艺中的标准信息 根据汽车应用和环境保护的要求，Melexis产品使用最高标准进行检测。 其中不同的焊接技术可供使用：具体信息请参照《Melexis产品推荐焊接技术》。 (http://www.melexis.com/Asset/Soldering_Application_Note_and_Recommendations_DownloadLink_544 6.aspx) 器件通常使用表面封装技术（例如：回焊工艺），根据Jedec JSTD-20 标准，Melexis定义并检验 湿度敏感度等级和峰值温度，运输材料也据此选择。湿度敏感度等级和峰值温度可以在标记材料的 标签上查找。 如果你想使用回焊工艺焊接通孔封装器件（Melexis封装代码：SA、UA、VA、VK、VM），请联系 Melexis来检验焊接工艺的兼容性。 SMD封装的峰焊应用需要保证器件和电路板之间的粘合强度，因此必须在咨询Melexis之后才能进 行。 基于Melexis的环保职责、欧洲相关法规（RoHS）以及客户需求，Melexis在所有标准产品中都使用 了无铅引脚金属覆盖技术（通常为Matte Tin技术）。 如果需要对通孔封装器件（Melexis封装代码：SA、UA、VA、VK、VM）进行切割和成形，具体信息 请参照《Melexis产品推荐切割/成形技术》 (http://www.melexis.com/Assets/Trim_and_form_recommendations_DownloadLink_5565.aspx) 19. ESD 预防 电子半导体产品对静电放电（ESD）很敏感。无论何时处理半导体器件，都要经常注意控制静电放电 过程。一个好的设计(电容接近管脚，低阻抗的地线版图)的 PCB 版 图将会帮助提高 ESD 稳健性。 3901090316 Rev. 006 Page 36 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 20. 封装信息 20.1. SOIC8 – 封装尺寸 1.27 TYP 3.81 3.99** 4.80 4.98* 5.80 6.20** 注意： 所有尺寸的单位均为毫米 (角度为度) *尺寸不包括封装的溢料、突出或毛刺(每个边不会 超过 0.15%) **尺寸不包括内部引脚的溢出 或突出(不超过 0.25%) ***尺寸不包括 dambar 突出. 允许的 dambar 突出应该总计为 0.08 毫米 超过最大材 料条件的尺寸。Dambar 不能放置 在引脚较低的半径范围 内。 1.37 1.57 1.52 1.72 0.19 0.25 0° 8° 0.100 0.250 0.36 0.46*** Out MOSI/MISO Test 1 Vdig 管脚和标记 Vss 20.2. SOIC8 – 0.41 1.27 8 Marking : Part Number MLX90316 (3 digits) Die Version (3 digits) 5 316 316BxG 123456 TOP YY Lot number (6 digits) WW SCLK \SS Switch Test 0 SPI Version Week Date code (2 digits) Year Date code (2 digits) 4 Vdd 3901090316 Rev. 006 Standard BDG 123456 Bottom 1 BCG Page 37 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 20.3. SOIC8 - IMC 位置 CW 8 7 6 5 CCW COS 1.25 1.65 1 2 3 0.46 +/- 0.06 4 1.96 2.26 SIN Angle detection MLX90316 SOIC8 6 2 3 ~ 90 Deg.* 5 8 7 4 1 2 2 3 5 S 3 4 ~ 270 Deg.* 5 8 7 6 5 4 1 2 N3 4 S 6 N 1 7 S ~ 180 Deg.* 8 6 N 1 7 S 8 N ~ 0 Deg.* * No absolute reference for the angular information. 是一个绝度角度位置传感器，但是其线性误差（Le– 参见章节10）不包括与绝对 0 度（由 DP 参数定义 参见 14.2.2）对比的误差。 MLX90316 – 3901090316 Rev. 006 Page 38 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 20.4. TSSOP16 – 封装尺寸 0.65 TYP 12 TYP 0.20 TYP 0.09 MIN 1.0 DIA 4.30 4.50** 6.4 TYP 0.09 MIN 1.0 12 TYP 0.50 0.75 0 8 1.0 1.0 TYP 0.85 0.95 4.90 5.10* 1.1 MAX 0.19 0.30*** 0.09 0.20 0.05 0.15 注意： 所有尺寸的单位均为毫米( (角度为度)) * ( 0.15%) *尺寸不包括封装的溢料、突出或毛刺(每个边不会超过 0.15%) ** ( 0.25%) **尺寸不包括内部引脚的溢出 或突出 (不超过 0.25%) *** dambar , dambar 0.08 Dambar ***尺寸不包括 dambar 突出,允许的 dambar 突出应该总计为 0.08 毫米超过最大材料条件的尺寸。 Dambar 不能放置在引脚较低的半径范围内。 3901090316 Rev. 006 Page 39 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 20.5. TSSOP16 – 管脚和标记 16 1 Vdig_1 Test1_1 Vss_1 Out_1/MOSI/MISO_1 Vdd_1 SCLK_1 316BxG 123456 Test0_1 _SS_2/Switch_2 SCLK_2 Test0_2 Vdd_2 9 8 Out_2/MOSI/MISO_2 Test1_2 _SS_1/ Switch_1 Marking : Vss_2 Vdig_2 Part Number MLX90316 (3 digits) Die Version (3 digits) 316 Top BCG Standard BDG SPI Version 123456 Bottom YY Lot number (6 digits) WW Week Date code (2 digits) Year Date code (2 digits) 20.6. TSSOP16 - IMC 位置 CW COS 2 16 9 Die 1 Die 2 SIN 2 SIN 1 0.30 +/- 0.06 CCW 1.95 2.45 1 8 1.84 2.04 COS 1 2.76 2.96 3901090316 Rev. 006 Page 40 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 Angle detection MLX90316 TSSOP16 ~ 0 Deg.* ~ 180 Deg.* 16 9 16 Die 2 1 8 ~ 180 Deg.* ~ 0 Deg.* 1 ~ 270 Deg.* ~ 90 Deg.* 9 16 Die 2 9 Die 1 S S N 1 8 8 1 Die 2 N 16 Die 2 S Die 1 S Die 1 9 N N Die 1 ~ 90 Deg.* ~ 270 Deg.* 8 * No absolute reference for the angular information. 是一个绝度角度位置传感器，但是其线性误差（Le– 参见章节10）不包括与绝对 0 度（由 DP 参数定义 参见 14.2.2）对比的误差。 MLX90316 – 3901090316 Rev. 006 Page 41 of 42 Data Sheet June 09 MLX90316 角度位置传感芯片 21. 声明 出售的器件被销售条款中的版权和专利赔偿条款包括。Melexis 不对任何版权、专利 权和隐含 权限做出保证。Melexis 有权在不事先通知的情况下，改变特性和价格。因此要将 该产品用于设计中， 有必要获取最新的相关信息。该产品假设用于正常的商业应用中。当 需要附加温度变化，不常用的环 境条件或高可靠性场合比如军事，医疗生命保障和生命维 持设备等应用，不建议没有 Melexis 的附加 处理。 Melexis 提供的信息可以被认为是正确和准确的。但是，Melexis 将不会承担第三方的任何 损害，包括 但不限於个人损害，财产损害，利益损失，使用损失，商业活动中断，非直接 的特殊的事故以及相应 损失，或者任何类型的技术资料的使用与制造。 @2009 Melexis NV. 保留所有权利。 Melexis 要取得该文档的最新版本，请访问 我们的网站 www.melexis.com 或者 直接联系我们 欧洲、非洲、亚洲: 美洲: Phone: +32 1367 0495 Email: [email protected] ISO/TS 16949 3901090316 Rev. 006 Phone: +1 603 223 2362 Email: [email protected] 和 ISO14001 认证 Page 42 of 42 Data Sheet June 09