多維科技單對極磁環(huán)離軸編碼器方案解析：±0.1°的絕對角度精度、>3000RPM的高轉(zhuǎn)速

在自動化以及機器人領(lǐng)域，特別是人形和犬形機器人關(guān)節(jié)模組的應(yīng)用場景，市場上現(xiàn)有的部分絕對值角度編碼方案面臨如下問題：

• 電感式離軸編碼器：尺寸大，安裝精度高，成本高。
• 雙碼道磁環(huán)編碼器：直徑大，安裝精度高，成本高。
• 光學(xué)編碼器：抗震動，抗環(huán)境污染能力較差。
• 單對極磁環(huán)&角度芯片：抗軸向、徑向抖動、抗電磁干擾能力較差。

方案亮點

方案優(yōu)點

1、方案采用4顆TMR2615線性芯片協(xié)同補償，抑制軸向和徑向抖動誤差。

圖2 釹鐵硼單對極磁環(huán)尺寸要求

2）4顆TMR2615線性芯片的安裝要求：

• 芯片與磁環(huán)垂直間距2.5mm~3.5mm
• 芯片中心間距20mm~22mm

• 4顆TMR2615芯片圍繞磁環(huán)90°相位差擺放

單對極磁環(huán)離軸編碼方案芯片的安裝要求遠低于電感式離軸編碼器，雙碼道磁編碼器方案的安裝要求。具體安裝尺寸如圖3所示：

圖3 單對極磁環(huán)離軸編碼方案芯片安裝尺寸圖

3、根據(jù)磁環(huán)大小，再通過磁仿真給出TMR2615的排布推薦，可兼容各種尺寸的編碼器產(chǎn)品需求，且尺寸小巧，布局簡單。

4、此方案的BOM僅需1個單對極磁環(huán)，4顆TMR2615線性芯片和1顆MDT3259調(diào)理芯片，方案應(yīng)用的成本較低，對標市場現(xiàn)有的應(yīng)用方案，性價比優(yōu)勢顯著。

圖4 單對極磁環(huán)離軸編碼方案BOM

• 采用隧道磁阻（TMR）技術(shù)，線性范圍大、信噪比高。
• 低壓（1.8V~5.5V）低功耗設(shè)計。
• 輸出信號與磁場強度成線性比例，靈敏度可根據(jù)磁環(huán)編程。
• 芯片封裝尺寸小，靈活布局。

可選用封裝為DFN3L (2 mm × 2 mm × 0.55 mm) 的TMR2615D線性芯片或封裝為DFN3L (1.6 mm × 1.6 mm × 0.5 mm) 的TMR2615F線性芯片。

1）正余弦信號角度處理

• 絕對角度輸出：23位高分辨率SPI信號。

• 增量編碼輸出：ABZ相脈沖可編程（1~4096個/圈），支持伺服閉環(huán)控制。

• 換向與PWM：輸出1~32極對UVW信號、12位PWM信號（頻率4檔可調(diào)）。

• 內(nèi)置EEPROM存儲配置參數(shù)，支持多次擦寫。

• 自校準模式補償安裝誤差，降低人工調(diào)試成本。

圖6  MDT3259調(diào)理芯片

四、MDT3259調(diào)理芯片校準流程

多維科技MDT3259調(diào)理芯片可實現(xiàn)4路正余弦信號的校準，該方案絕對角度精度<0.1°。通過配套的上位機軟件，MDT3259調(diào)理芯片可實現(xiàn)全自動校準：

圖7 MDT3259調(diào)理芯片校準軟件界面

圖8 MDT3259調(diào)理芯片校準前角度誤差±3°

圖9 MDT3259調(diào)理芯片校準后角度誤差0.08°