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AS5040 10 位可编程磁旋转编码器 Revision 1.7 Page 1 of 28 1 概述 AS5040 是一款无接触式磁旋转编码器，用于精确测量整个 360°内的角度此产品是一个片上系统，在单个封装内整合了集成式 Hall 元件、模拟前端和数据信号处理功能 测量角度时，只需简单地配备 1 个在芯片中心上方旋转的双极磁铁即可磁铁可以安装在 IC 的上方或下方 这种绝对角度测量方式可即时指示磁铁的角位置，其分辨率达到 0.35°，即每圈 1024 个位置数字化数据能够以串行比特流或 PWM 信号的形式给出 另外，也可提供用户可编程的增量式输出，使得本芯片非常适合替换各类光学编码器产品 AS5040 内置电压调节器，允许其工作在 3.3V 或 5V电源电压下 图 1： AS5040 和磁铁的典型配置方式 1.1 优点 - 完整的片上系统 - 灵活的系统解决方案，同时可以提供绝对值串行输出、 PWM 输出和增量输出 - 由于采用无接触式检测方式，对工作环境严酷的应用非常理想 - 能够耐受磁铁位置偏离和气隙变动情况 - 不必进行温度补偿 - 无需校准 1.2 主要特性 - 在整个 360°范围内实现无接触式、高分辨率的旋转位置编码 - 2 种数字式、 10 位绝对值输出： -串行接口输出，以及 -脉宽调制（ PWM）输出 - 3 种增量输出模式： - 正交 A/B 和索引（ Index）输出信号 - 步 /方向和索引输出信号 - 可用于无刷直流电动机的 3 相换向 - 10、 9、 8 或 7 位用户可编程分辨率 - 用户可编程零位 /索引位置 - 实现磁铁位置监测和断电监测的故障检测模式 - 旋转速率可高达 10,000 rpm - 能够检测磁铁沿 Z 轴移动的按钮功能 - 可采用菊链连接模式，串行读取多个互联的AS5040 器件 - 宽广的温度范围： - 40°C 至 + 125°C - 完全符合汽车行业的 AEC-Q100, 1 级规范 - 小型无铅封装： SSOP 16 (5.3mm x 6.2mm) 1.3 应用 - 工业应用： - 无接触式旋转位置检测 - 机器人技术 - 无刷直流电动机换向 - 电动工具 - 汽车应用： -方向盘位置检测 - 油门位置检测 - 传动变速箱编码器 - 头灯位置控制 - 电动座椅位置指示器 - 办公设备：打印机、扫描仪、复印机 - 取代光学编码器 - 前面板旋转开关 - 取代电位器 AS5040 10 位、 360°可编程磁旋转编码器 数据资料AS5040 10 位可编程磁旋转编码器 Revision 1.7 Page 2 of 28 2 引脚配置 2345678 9101112131415161MagINCnMagDECnA_LSB_UB_Dir_VNCIndex_WVSSProg DOCLKCSnPWM_LSBNCNCVDD3V3VDD5VAS5040图 2：引脚配置 SSOP16 2.1 引脚说明 表 2 给出了标准 SSOP 16 封装（收缩型小外形封装， 16 引线，本体尺寸： 5.3mm x 6.2mmm；参见图 2）每一个引脚的说明。

引脚 7、 15 和 16 为供电引脚，引脚 5、 13 和 14 由内部使用，且必须浮空 引脚 1和引脚 2均为磁场变化指示引脚， MagINCn和MagDECn（磁铁与器件的间距发生变化时，磁场强度将增强或减弱）这些输出可用来检测有效的磁场范围另外，这些指示引脚也可用来实现无接触式按钮功能 引脚 3、 4和 6均为增量脉冲输出引脚这些引脚的功能可以通过编程一次性可编程（ OTP）寄存器来进行配置： 输出模式 引脚 3 引脚 4 引脚 6 引脚 12 1.x: 正交 A B Index PWM 2.x: 步 /方向 LSB Direction Index PWM 3.x: 换向 U V W LSB 表 1：不同增量输出模式的引脚分配 模式 1.x: 正交 A/B 输出： 代表缺省的正交 A/B信号模式 模式 2.x: 步 /方向输出： 经过配置后，引脚 3每圈可输出多达 512个脉冲（高达 1024种状态变化）它等同于绝对值位置数据的LSB（最低有效位）引脚 4提供旋转方向信息 这两种模式（模式 1.x和模式 2.x）均提供了一种索引信号（ 1个脉冲 /圈），并且脉冲宽度可设置为 1个LSB或 3个 LSB的宽度。

引脚 符号 类型 说明 1 MagINCn DO_OD 磁场增强；低电平有效，表明磁铁与器件表面的间距减小 2 MagDECn DO_OD 磁场减弱；低电平有效，表明磁铁与器件表面的间距增大 3 A_LSB_U DO 模式 1.x： 正交通道 A 模式 2.x： 最低有效位 模式 3.x： U信号（相位 1） 4 B_Dir_V DO 模式 1.x：正交 B通道，与 A通道存在四分之一周期的相移 模式 2.x： 旋转方向 模式 3.x： V信号（相位 2） 5 NC - 必须保持开路 6 Index_ W DO 模式 1.x和模式 2.x ： Index信号指示绝对值零位 模式 3.x： W信号（相位 3） 7 VSS S 负供电电压 (GND) 8 Prog DI_PD 菊链模式下的 OTP编程输入和数据输入内部下拉电阻 (~74kΩ) 如果不进行编程，可接至 VSS 9 DO DO_T 同步串行接口的数据输出 10 CLK DI, ST 同步串行接口的时钟输入；施密特触发器输入 11 CSn DI_PU, ST 片选，低电平有效；施密特触发器输入，在增量模式下，内部上拉电阻 (~50kΩ)连接到 VSS（参见第 6.2.1 节） 12 PWM_LSB DO 约为 1kHz的脉宽调制信号；模式3.x下为 LSB 13 NC - 必须保持开路 14 NC - 必须保持开路 15 VDD3V3 S 3V 调节器输出（参见图 19） 16 VDD5V S 5V 正电源电压 表 2： SSOP16 的引脚说明 DO_OD 数字输出，漏极开路 S 供电引脚 DO 数字输出 DI 数字输入 DI_PD 数字输入，带下拉 DO_T 数字输出 /三态 DI_PU 数字输入，带上拉 ST 施密特触发器输入 模式 3.x:无刷直流电动机换向模式： 除了通过 SSI接口提供绝对值编码器输出以外，这种模式还为拥有 1对磁极或 2对磁极转子的无刷直流电动机提供换向信号。

这些换向信号通常是由 3个分立的 Hall开关提供的，而 AS5040可以并行完成这两项任务：绝对值编码器 + BLDC电动机换向，因此不再需要这些开关 在此模式下，引脚 12提供 LSB输出，而不是 PWM（脉宽调制）信号 AS5040 10 位可编程磁旋转编码器 Revision 1.7 Page 3 of 28 引脚 8（ Prog）用于在 OTP 内编程设置不同的增量接口模式、增量分辨率和零位（参见第 16 页） 菊链配置模式下，此引脚也用作数字输入，将串行数据移位通过器件（参见第 10页） 引脚 11 为片选（ CSn；低电平有效），可在 AS5040编码器网络内选定任一器件并启动串行数据传输CSn 接逻辑高电平时，可将数据输出引脚（ DO）置为三态，并终止串行数据传输脚也用于对准模式（见第 19 页）以及编程模式（见 14 页） 引脚 12 允许采用单根连线输出 10 位绝对位置值此数值被编码成脉宽调制信号，脉宽的步长为 1μs（一整圈为 1μs 至 1024μs）通过使用外部低通滤波器，数字 PWM 信号可以转换成模拟电压，从而可以直接取代电位器 3 电气特性 3.1 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“工作条件”部分所规定的条件下，并未隐含芯片能够正常工作长期工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 VDD5V -0.3 7 V 引脚 VDD3V3的直流供电电压 VDD3V3 -0.3 5 V -0.3 VDD5V +0.3 引脚 Magincn， MagDecn， CLK和 CSn 输 入引脚电压 Vin -0.3 7.5 V 引脚 Prog 输 入电流（不会闭锁） Iscr -100 100 mA 规范： JEDEC 78 静 电放电 ESD ± 2 kV 规范： MIL 883 E method 3015 贮 存温度 Tstrg -55 125 °C 最小值 – 67°F；最大值 +257°F 本体温度（无铅封装） TBody 260 °C t=20至 40s，规范： IPC/JEDEC J-Std-020C 引脚镀层为 100%的锡“雾锡式” 湿 度，无凝水 H 5 85 % 3.2 工作条件 参数 符号 最小值 典型值 最大值 单位 注释 环境温度 Tamb -40 125 °C -40°F~+257°F 供电电流 Isupp 16 21 mA 引脚 VDD5V的外部供电电压 引脚 VDD3V3的稳压器输出电压 VDD5V VDD3V3 4.5 3.0 5.0 3.3 5.5 3.6 V V 5V工作方式 引脚 VDD5V和 VDD3V3的外部供电电压 VDD5V VDD3V3 3.0 3.0 3.3 3.3 3.6 3.6 V V 3.3V工作方式（引脚 VDD5V和VDD3V3相连） AS5040 10 位可编程磁旋转编码器 Revision 1.7 Page 4 of 28 3.3 数字输入和输出的直流特性 3.3.1 CMOS 施密特触发器输入： CLK, CSn (CSn = 内部上拉 ) （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 最大值 单位 注释 高电平输入电压 VIH 0.7 * VDD5V V 正常工作 低电平输入电压 VIL 0.3 * VDD5V V 施密特触发器滞回 VIon- VIoff 1 V -1 1 仅 CLK 输入漏电流 上拉低电平输入电流 ILEAK IiL -30 -100 µA µA 仅 CSn, VDD5V: 5.0V 3.3.2 CMOS / 编程输入： Prog （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 最大值 单位 注释 高电平输入电压 VIH 0.7 * VDD5V 5 V 高电平输入电压 VPROG 参见“编程条件” V 编程期间 低电平输入电压 VIL 0.3 * VDD5V V 下拉高电平输入电流 IiL 100 µA VDD5V: 5.5V 3.3.3 CMOS 漏极开路输出： MagINCn, MagDECn （工作条件： Tamb = -40 至 +125°C, VDD5V =。