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本文话题：as5040

AS5040 10位可编程磁旋转编码器

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。

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

图1：AS5040和磁铁的典型配置方式

- 无刷直流电动机换向 - 电动工具

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

- 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

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表2：SSOP16的引脚说明

DO_OD DO DI_PD DI_PU

数字输出
，漏极开路 S 供电引脚 数字输出 DI 数字输入 数字输入
，带下拉 DO_T 数字输出/三态 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。

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AS5040 10位可编程磁旋转编码器

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

VDD5V的直流供电电压 VDD3V3的直流供电电压

符号

最小值

最大值

7 5

单位

注释

Vin

引脚Magincn
，MagDecn
，CLK和CSn V

引脚Prog

+0.3 规范： JEDEC 78 Iscr规范： MIL 883 E method 3015 最小值– 67°F；最大值+257°F Tstrgt=20至40s
，规范： IPC/JEDEC J-Std-020C

TBody引脚镀层为100%的锡“雾锡式”

3.2 工作条件

参数 环境温度 供电电流

引脚VDD5V的外部供电电压 引脚VDD3V3的稳压器输出电压 引脚VDD5V和VDD3V3的外部供电电压

符号

最小值最大值 单位 注释

-40°F~+257°F Tamb IsuppVDD5V VDD3V3 VDD5V VDD3V3

4.5 3.0 3.0 3.0

5.0 3.3 3.3 3.3

5.5 3.6 3.6 3.6

V V

V 3.3V工作方式（引脚VDD5V和

V VDD3V3相连）

5V工作方式

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AS5040 10位可编程磁旋转编码器

脉宽调制输出

（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 典型值 最大值 单位 注释

信号周期= 1025μs ±5%
，Tamb = 25°C 时 KHz PWM频率PWM

=1025μs ±10%
， Tamb = -40至+125°C 最小脉冲宽度 最大脉冲宽度

增量输出

（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

上电后增量输出有效 方向指示有效

符号 t Incremental

outputs valid

PW MIN PW MAX

位置0d; 角度： 0 degree 位置1023d; 角度：359.65 degree

最小值 典型值 最大值 单位 注释

上电后第1个CSn下降沿与有效增量输出之间的时间 LSB输出的上升沿或下降沿与有效方向指示

之间的时间

t Dir valid

3.7 编程条件

（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

编程操作启用时间 开始写入数据 写入数据有效

符号 t Prog enable t Data in t Data in valid

最小值

典型值

最大值

单位 注释

Prog引脚上升沿与CSn上升沿

之间的时间

在CLKPROG上升沿写入数据

载入编程数据 Load PROG CLKPROG之前VPROG上升为高的

时间

CLKPROG之后的VPROG保持时间 写入数据 – 编程CLK PROG CLK脉冲宽度

编程后的Vprog保持时间 编程电压

编程电压关闭电平 编程电流 模拟读取CLK

已编程的齐纳电压（逻辑1） 未编程的齐纳电压（逻辑0)

t PrgR

t PrgH CLK PROG

在编程操作期间；16个时钟周

t PROG期 t PROG

finished

在下一次上电后
，编程数据即

可使用 编程完毕后必须关断 电压必须放电至此电平

编程操作过程中

100 100

kHz mV V

V PROG V ProgOff

I PROGCLKAread Vprogrammed Vunprogrammed

1

模拟回读模式

模拟回读模式下的Vref-VPROG

（参见第10.6节）

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，并仍然只用16的“Data DO；引脚9）连；引脚8）来实现1个器件Prog引脚应51位
，等等…第11个数据位 7.5V的编程电压。此的接线开路
，或 Page 10 of 28

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图7：菊链模式数据传输

6 增量输出

芯片提供了3种可能的增量输出模式
，正交A/B为缺省模式。

图8显示了双通道正交信号
，以及步/方向增量信号（LSB）、顺时针（CW）和逆时针（CCW）方向的方向位。

6.2 LSB输出（步/方向模式）

LSB输出反映编程设置的增量分辨率（OTP寄存器的位Div0, Div1）下的LSB（最低有效位）。Dir输出提供磁铁旋转的方向信息
，磁铁可以安装在器件的上方或下方（1= 顺时针；0 = 逆时针；俯视）。Dir在每次LSB改变时进行更新。

在这两种模式（正交A/B、步/方向）下,均可由用户

6.1 正交A/B输出（正交A/B模式）

通道A与通道B之间的相移指示了磁铁运动的方向。磁铁顺时针（俯视）旋转时
，通道A超前通道B电气角度90度。逆时针方向旋转时
，通道B的相位超前于通道A。

正交A/B模式

对分辨率和索引输出进行编程。Index脉冲用于指示零位
，并且缺省情况下宽度为1个角度步长（1LSB）。但是
，脉宽也可以通过编程OTP寄存器内的Index位而设置为3个LSB（参见表6）。

A B

步/方LSB Dir

Incremental outputs valid图8：增量输出模式

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AS5040 10位可编程磁旋转编码器

6.2.1 增量上电锁定选项

增量输出指上电以后
，根据CSn引脚的状态
，增量输出可以选择为锁定或解锁状态： CSn =上电时为低电平：

CSn配有内部上拉电阻
，必须在外部拉低（Rext ≤ 5kΩ）。如果上电时Csn为低电平
，则增量输出（A、B、Index）将保持为高电平
，直到内部偏差补偿操作完成为止。

这种独特的状态（A=B=Index = 高电平）可以用作外部控制器的指示信号
，从而缩短上电后的等待时间。外部控制器不用等待规定的最大上电时间（0）结束
，而是当状态（A=B=Index = 高电平）清除后立刻开始读取AS5040的数据。

CSn = 高电平或上电时为开路：

在这种模式下
，增量输出（A、B、Index）将保持在逻辑高电平状态
，直至CSn变成低电平或在CSn处施加一个低电平脉冲。此模式能够有意禁止增量输出
，比如直到系统微控制器准备好接收数据为止。

铁位置

图9：增量输出的滞回窗口

7 脉宽调制（PWM）输出

AS5040提供一路脉宽调制输出（PWM）
，其占空比与所测得的角度成正比：

Position=

ton?1025

?1

ton+toffPWM的频率经过内部调节
，精度可达±5%（在整个

6.3 增量输出滞回

磁铁处于静止位置时
，为了避免增量输出产生抖动
，引入了一个滞回。

当旋转方向改变时
，增量输出具有2个LSB的滞回。 无论编程设置的增量分辨率是多少
，2个LSB的滞回量总是对应于10位的最高分辨率。从绝对值角度看
，所有分辨率下这个滞回总是设置为0.704度。 在旋转方向恒定不变的情况下
，增量输出会指示磁铁的每一个位置改变（参见图9）。举例来说
，如果磁铁从?x+3”到 ?x+4”沿顺时针方向转动
，增量输出也会相应地指示出这个新位置。

如果磁铁旋转方向改变并返回到位置”x+3”
，这意味着增量输出在2个LSB范围内仍然保持不变
，直到转至”x+2”位置。沿着这个方向
，增量输出将再次随每次磁铁位置改变而更新。

温度范围内为±10%）。如上面所示
，通过计算占空比
，可以消除这种容限误差。

图10：PWM输出信号

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3.7

AS5040 10位可编程磁旋转编码器

图14：编程访问 – 写入数据（图14的一部分）

CSnProg

CLKPROGProgOff图15：完整的编程时序

图16：AS5040的OTP编程连接方式（图内包含AS5040演示电路板）

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AS5040 10位可编程磁旋转编码器

10.2 增量模式编程

提供3种不同的增量输出模式。

模式：Md1=0 / Md0=1将AS5040设置为正交模式。 模式：Md1=1 / Md0=0将AS5040设置为步/方向模式（参见表1）

在这两种模式下
，可以使用OTP分频器位Div1和Div0将增量分辨率从10位降至9、8或7位。(参见下面的表6)。 模式：Md1=1 / Md0=1将AS5040设置为无刷直流电动机换向模式
，引脚12（PWM_LSB）提供额外的LSB增量信号。

为了能够编程所有位
，缺省工厂设置的所有位 = 0。这种模式对应模式1:0（正交A/B
，1LSB的index宽度
，256ppr）。

缺省情况下
，磁铁沿顺时针方向（俯视）旋转时
，绝对角度输出值增大。

设置CCW位（参见图14）可以取反指定的方向
，例如磁铁安装在IC的下方时：

CCW = 0 – 角度值沿顺时针方向增加；

Mode

缺省(模式0.0)

CCW = 1 – 角度值沿逆时针方向增加。

缺省情况下
，零位/index位置脉冲的宽度为1个LSB。通过设置OTP寄存器的Index位
，脉冲宽度可增加到3个LSB。

还可为无刷直流电动机控制提供其它编程选项（换向模式）。

Md1 = Md0 = 1 可将增量输出引脚3、4和6设置为3相换向信号。Div1为双磁极（Div1=0）或四磁极（Div 1=1）定子定义每圈的脉冲数。

此外
，引脚12提供LSB信号（LSB信号取代PWM信号）
，从而可实现高达10000rpm的高速测量。

OTP-模式-寄存器-位 Md1 Md0 Div1 Div0 3

引脚编号 4

6

12

每圈脉冲数 增量分辨率

ppr

bit

3LSBs

3 x 1

9 2 x 3

9

PWM

3LSBs

10 bit

Step/Dir Step/Dir Step/Dir Step/Dir Step/Dir Commutation-Mode3.0 Commutation-Mode3.1 Commutation-Mode3.2 Commutation-Mode3.3

3LSBs 3LSBs 3LSBs 3LSBs PWM

10 bit Step/Dir 3LSBs 3LSBs

V’

U’ W’

(60o,240(120o,300o) LSB

(0o, 180o) o)

表6：一次性可编程（OTP）寄存器选项

*备注：Div1、Div0和Index在模式0.0下不能编程。

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AS5040 10位可编程磁旋转编码器

10.3 零位编程

零位编程是一种能够简化系统装配的OTP选择
，磁铁不必手工调节至机械零位。一旦装配完成后
，机械和电气零位可以通过软件相匹配。整圈内的任何位置均可被永久性指定为新的零位/索引位置。 进行零位编程时
，磁铁可以转至机械零位（例如
，旋转开关的“关闭”位置）
，并读取实际的角度数值。

将此数值写入OTP寄存器的Z9:Z0位（参见图14）
，并如第10节所述进行编程设定

这个新的绝对零位也是增量输出模式新的Index脉冲位置。

注意：零位数值也可以在编程前进行修改
，例如
，要将与机械零位成180°角度（半圈）的位置设置为电气零位
，只需在机械零位的读数上增加512
，然后将得到的新数值编程至OTP寄存器。

10.6 模拟回读模式

非易失性编程（OTP）采用了芯片内置的齐纳二极管
，这种二极管在承受规定的逆向电流时可永久性地保持在低阻状态。

编程过程成功与否取决于编程过程中所提供的电流大小（最高达130mA）。这一电流必须由外部电压源来提供。如果此电压源不能提供足够的功率
，齐纳二极管有可能无法正确编程。

为了验证编程位是否被成功编程
，可以读取对应每一个齐纳二极管的模拟电平
，以确定特定位是否被正确编程。

为了将AS5040置为模拟回读模式
，必须如图17所示在引脚CSn、Prog和CLK上施加一个数字序列。Prog引脚的数字信号电平取决于供电配置（3.3V或5V；请参见第12节）。

CSn（OutpEN）的第2个上升沿将使引脚Prog变为数字输出
，而且必须撤消施加在引脚Prog上的逻辑高电平信号
，以避免输出发生冲突（图17内的灰色区域）。

随后CSn的下降沿将使引脚Prog改变成模拟输出
，并提供一个基准电压Vref
，必须保存这个基准电压
，以作为计算后续已编程和未编程OTP位的基准。完成这一步骤后
，CLK的每一个上升沿将输出顺序与编程过程相反的每1位数据。(参见图17: Md0-MD1-Div0,Div1-Indx-Z0~Z9, ccw)

在模拟回读期间
，应当移除引脚Prog处的电容（参见图16）以实现较快的读出速率。如果未移除此电容
，则由于存在额外的电容量
，模拟电压需要更长时间才能稳定下来。

每一位测量的模拟电压必须减去前面所测得的Vref
，结果数值可给出已编程位的质量指示：<100mV的读数表明位编程正确
，>1V的读数表明位编程不正确。 位于100mV至1V之间的读数表明存在位错误
，在上电读取OTP数据时
，上述错误可能导致读取到未经定义的数字值。

在第16个时钟（读取位”ccw”后）之后
，芯片必须通过断电来进行复位。

10.4 OTP重复编程

虽然AS5040的单个OTP寄存器位只能进行一次编程（从0至1）
，但也可以在后来的编程操作中编程其它尚未编程的位。但是
，不能对已经编程设置的位进行第2次编程。因此我们建议
，在新的编程操作中将已经编程的位设为”0”。

10.5 非永久性编程

通过覆写OTP寄存器
，也可以采用非永久性方式来重新配置AS5040。

该过程实际上是一种“写数据”操作（参见图14）
，但不执行后续的OTP编程周期。可以在正常运行中随时使用这种“写数据”操作。只要供电电压高于上电复位电平
，这种配置将保持有效（参见第3.5节）。

更多信息请参见应用笔记：AN5000-20。

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AS5040 10位可编程磁旋转编码器

CP

CAread

图17：OTP寄存器模拟读取操作

11 对准模式

对准模式简化了磁铁与芯片的对中操作
，可以获得最高的精度并容许最大的

XY对准误差。

这种电气式的对中方法能够获得比机械式对中容限（0.25mm半径）更宽的XY对准容限（0.485mm半径）
，因为这种方式消除了晶片在IC封装内的安装误差(±0.235mm)。

对准模式可以在Prog = 逻辑高电平（图18）的情况下由CSn的下降沿使能。SSI的数据位D9-D0变为一个10位的偏离大小输出。较大数值表明X轴或Y轴偏离距离较大
，而且表示绝对磁场强度较高。在一整圈范围内
，最大和最小数值之间的差值最小时
，磁铁即正确对准。

在正常情况下
，正确对准的磁铁能够让一整圈内的读数均小于32。对准模式读数< 32时
，MagINCn和MagDECn指示状态将为 = 1。与此同时
，这2个硬件引脚MagINCn (引脚1)和MagDECn (引脚2)将被拉低至VSS。因此
，正确对准的磁铁将在整个360o转动过程中产生MagINCn = MagDECn = 1的信号。

磁铁场强更高或磁铁与IC的间隙较小的情况下
，可能指示出大于32的数值。只要一整圈内最大值与最小值之间的差值能够保持最小
，这些磁铁仍然是正确对中的。

对准模式可通过上电复位（断开/重新接通电源）来恢复至正常运行状态。

通过SSI读数

2μs2μsmin.min.

图18：启用对准模式

12 3.3V / 5V工作

AS5040可工作在3.3V ±10%或5V ±10%电源下。这一点是通过内部3.3V低压差（LDO）稳压器实现的。内部供电电压始终取自于LDO
，也就是说内部模块一直工作在3.3V电压下。

采用3.3V电源工作时
，LDO必须通过将VDD3V3与VDD5V相连进行旁路（参见图19）。

采用5V电源工作时
，5V电源连接至引脚VDD5V
，而VDD3V3 (LDO输出)必须使用一个2.2~10μF电容进行缓冲
，电容应当安装在靠近电源引脚的地方（参见图19）。

VDD3V3输出只供内部使用
，不得加载外部负载。 数字接口I/O的输出电压对应引脚VDD5V的电压
，因为I/O缓存器也由此引脚供电（参见图19）。

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AS5040 10位可编程磁旋转编码器

13 选择适当的磁铁

典型情况下
，磁铁的直径应当为6mm
，厚度应当≥2.5mm。磁铁材料建议采用稀土AlNiCo、SmCo5或NdFeB。

DO

应当采用高斯计来核实磁铁垂直于芯片表面方向的磁场强度。在给定间距下沿半径为1.1mm（R1）的同心圆上
，磁场Bv应当在±45mT~±75mT范围之内。(参见图20)。

PWM_LSBCLKCSn

A_LSB_UB_Dir_VIndex_WProg

3.3V Operation

磁场分量

图19：5V / 3.3V电源电压接线图

对于这两种工作方式
，均建议在靠近引脚VDD5V的位置安装1个100nF缓冲电容。请注意
，引脚VDD3V3必须用1个电容进行缓冲。此引脚一定不能浮空
，因为这样可能导致内部

3.3V供电电压不稳定
，并可能导致测量角度的抖动大于正常情况。

图20：典型的磁铁和磁场分布情况

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14 仿真建模

±环形Hall传感器阵列： 半径1.1mm

图

23：芯片上Hall传感器的布置（原理）

如图23所示
，在AS5040表面的上方或下方放置一块径向磁化的永久磁铁。芯片采用Hall传感器阵列对分布于器件封装表面的磁场垂直向量进行采样。磁性敏感区域位于以晶片中心为参考圆心、半径为1.1mm的圆周上。位于磁性敏感区域的Hall传感器采用分组方式配置
，从而以差分方式采样磁场的正交关联分量。

差分信号Y1-Y2将给出磁场的正弦向量。差分信号X1-X2将给出磁场的正交相关余弦向量。 磁源相对于Hall传感器阵列的角度偏移(Θ)可建模为：

Θ=arctan

(Y1?Y2)±0.5° X1?X2± 0.5°的角度误差是假定磁铁与晶片中心对准至最佳

状态时
，由AS5040增益失配误差造成的。封装内晶片的安装误差在X轴和Y轴方向上为±0.235mm
，其基准点为引脚1的外边沿（图23）。

为了消除外部干扰磁场的影响
，器件采用了坚固的差分采样技术和比例计算算法。对正弦和余弦向量进行差分采样
，能够消除由于磁源本身或外部干扰磁场导致的直流分量所引起的任何共模误差。对正弦和余弦向量进行比例分配
，则不再需要精确的绝对磁场强度或要求磁源在Z轴上精确对中。

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AS5040 10位可编程磁旋转编码器

推荐的磁场强度差分输入范围（B(X1-X2)、B(Y1-Y2)）在晶片表面处为±75mT。在这个范围的基础上
，还允许存在由意外的外部杂散磁场导致的±5mT额外偏移量。

如果信号的场强超出了推荐范围以外
，芯片仍能够继续工作
，但输出的线性度会下降。磁场过强会使内部前置放大器产生饱和效应
，因此会导致测量误差。磁场过于微弱时
，噪声会占据更主要的地位
，也会导致误差。

是
，在上电复位后
，如果VDD在供电中断后上电或重新启动时
，所有这3个输出均将保持在高电平状态
，直至引脚CSn被拉低。如果CSn在上电过程中已经与VSS连接起来
，则增量输出将保持为高电平
，直到内部偏差补偿操作完成（在时间 tPwrUp内）。

16 角度输出误差

16.1 精度

精度是指所测得的角度与实际角度之间的误差。精度受到几个因素的影响： ?? ?? ??

模拟-数字转换器的非线性
， 内部增益和失配误差
， 磁铁偏离引发的非线性

15 故障诊断

AS5040还提供了几种诊断和故障检测功能：

15.1 磁场强度诊断

软件方式：MagINCn和MagDECn状态位在磁场超出范围时均为逻辑高。

硬件方式：引脚1 (MagINCn)和引脚2 (MagDECn)均为漏极开路输出
，在磁场强度超出范围时将同时导通（具有外部上拉电阻时为低电平）。如果其中只有一个输出为低电平
，则磁铁可能朝向芯片方向移动（MagINCn）
，或者远离芯片方向移动（MagDECn）。

作为所有这些误差的总和
，磁铁对中时的精度= (Errmax – Errmin)/2规格指标在25°C温度下要好于±0.5o（参见图25）。

磁铁中心偏离会导致精度下降。图24给出了一个3D图形示例
，显示了XY方向偏离时的非线性。正方形XY区域的中心对应于对中放置的磁铁（参见图形中央的圆点）。X轴和Y轴均在两个方向上增加了±1mm的偏离距离。图形中总的偏离区域覆盖了一个2x2 mm (79x79mil)的正方形,步长尺寸为100μm。 对应每一个偏离步长
，均重复如图25所示的测量操

15.2 电源故障检测

软件方式：如果AS5040的供电中断
，通过SSI所读取的数字数据将全部为”0”。只有在位OCF为高时
，数据才有效
，因此全部为”0”的数据流是无效的。为了确保在故障情况下能够获得足够的低电平
，应当在接收侧的引脚DO与VSS之间接入1个下拉电阻(~10k?)。

硬件方式：MagINCn和MagDECn引脚均为漏极开路输出
，并要求连接外部上拉电阻。在正常工作情况下
，这些引脚处于高阻状态
，输出为高电平（参见表3）。在故障状态下
，无论是磁场强度超出范围或供电中断
，这些输出都将变为低电平。为了确保在AS5040的供电中断后出现足够低的低电平
，每个引脚必须使用上拉电阻（>10k?）连接到引脚16（VDD5V）的正电源上。

硬件方式：PWM输出：PWM输出是一个具有1kHz重复频率的恒定脉冲流。在供电中断时
，这些脉冲将消失。

硬件方式：增量输出：在正常运行中
，引脚A（3号）、B（4号）和Index（6号）绝对不会同时出现高电平
，因为Index只有在A=B=低电平时为高电平。但

Revision 1.7

作
，而且其精确度(Errmax – Errmin)/2 (例如图25中为0.25°)均输入到3D图形中的Z轴上。

/?

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。

2.5mm。 Page 23 of 28

AS5040 10位可编程磁旋转编码器

磁铁处于静止位置时
，此采样率不会造成额外的误

16.2 转换噪声

转换噪声定义为2步之间转换时发生的抖动。 由测量原理的性质（Hall传感器+前置放大器+ADC）决定
，总会引入一定程度的噪声。

转换噪声电压导致输出存在一定的角度转换噪声。此噪声指标为0.12o rms (1 sigma)*1.

这是指在某个给定机械位置下角度值的重复精度。 转换噪声对于所使用的输出类型会产生不同的影响： ??

绝对值输出；SSI接口：

用户可通过对读数进行取平均值来降低绝对值输出的转换噪声。对4个读数取平均值可以将转换噪声降低6dB或50%
，例如
，从0.12° rms降至0.06° rms（1 σ）。 ??

PWM接口：

如果脉宽调制接口通过增加低通滤波器而作为模拟输出
，则可以通过降低滤波器的截止频率来降低转换噪声。

如果脉宽调制接口在接收侧配备了一个计数器而作为数字接口
，则可以再次通过对读数取平均值来降低转换噪声。 ??

增量模式：

在增量模式下
，转换噪声会对输出信号A、B和Index的周期、宽度和相移产生影响。但是
，用于生成增量输出的算法可保证即使在高速（高达10000rpm以上）旋转时也不会出现脉冲丢失或多增现象。

*1: 从统计学上说
，1 σ

差。

绝对值模式:

在10.4 kHz给定采样率下
，高速旋转的磁铁每圈的采样数(n)可以用以下等式计算：

n=

60 rpm?96μs

实际上并不存在速度上限。唯一的限制是速度增加时每圈的采样数会减少。

无论旋转速度有多高
，绝对值角度数值始终以10位的最高分辨率进行采样。

与此类似
，如果给定每圈的采样数(n)
，最大速度可以通过以下等式计算：

rpm=

60 n?96μs

在绝对值模式下（串行接口和PWM输出）
，610 rpm是最大速率
，这种情况下每圈可以获得1024个读数。

在增量模式下
，由于ADC采样率所造成的最大误差为0/+96μs。此误差在610 rpm时达到峰值1LSB = 0.35°。

而在更高速率下
，由于插补的作用
，此误差又减小了
，输出延迟将保持为192μs
，因为DSP需要2个采样周期（2x96μs）来合成和重新生成任何丢失的脉冲。 增量模式：

增量编码器通常要求能够在高达数千转/分的情况下不产生脉冲丢失现象。

代表着68.27%的读数
，

因此
，AS5040配备了内置插补器
，从而可确保在高至10000 rpm的旋转速率下增量输出都不会出现脉冲丢失现象
，即使在10位的最高分辨率下（每圈512个脉冲）也是如此。

绝对值输出模式

增量输出模式 在10位分辨率下（512ppr）
， 无丢失脉冲： 最大转速 = 10,000 rpm

表7：速度性能

3 σ代表着99.73%的读数。

16.3 高速工作

16.3.1

采样速率

610rpm = 1024次采样/圈 122rpm = 512次采样/圈 2441rpm = 256次采样/圈

等等…

AS5040以每秒10.42k次的采样速率对角度值进行采样。因此
，增量输出以及绝对值输出每隔96μs更新一次。

Revision 1.7 /?

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192μs。

Position=

ton?1025

?1

ton+toff16.6 温度

16.6.1

磁铁的温度系数

与线性Hall传感器相比
，AS5040的一个主要优势是它对温度的敏感性要低得多。线性Hall传感器要求对磁铁的温度系数进行补偿
，而AS5040能够对整个温度范围内的磁场强度变化自动补偿。由于AS5040可工作在±45~±75mT的磁场强度下
，无需考虑磁铁的温度偏移。

prop.delay

角度误差[°]

旋转速率[rpm] 传输延迟[秒]

示例：

NdFeB磁铁在–40°C时具有75mT的场强
，且温度系数为每开氏温度-0.12%。温度变化范围为–40°至+125° = 165K。

磁场变化为：165 x -0.12% = -19.8%
，与之对应：–40°C下场强为75mT
，125°C下场强为60mT。

RC振±10%）。此误差会影响 接口：

100μs（典型值）进行更新 Ton和Toff与内部振荡器具有相同的脉冲宽度Ton来测量角度
， Ton和Toff
，并由占空比计7AS5040能够自动补偿这种与温度相关的磁场强度变化
，无需用户调节。 16.6.2

温度对精度的影响

温度对于绝对值精度的影响非常小。在室温下
，精度 ≤ ±0.5°
，而在高温下
，由于噪声增加
，精度可能达到≤±0.9°。 16.6.3

温度对时序误差的影响

内部RC振荡器的精度在工厂调校为±5%。在整个温度范围内
，这个误差可能增至±10%。一般说来
，这种时序误差对于系统的精度或分辨度并没有影响
，因为它主要用于生成内部时钟。

用户唯一需要考虑的是PWM输出的脉冲宽度
，此宽度与内部振荡器的时序误差直接相关。但是
，可以通过测量整个PWM的占空比来消除这种影响（参见第16.5节）。

/? Page 25 of 28

标识： AYWWIZZ

A: 无铅标志符 Y: 制造年份的最后1位数

WW:制造周数 I:工厂标志符 ZZ:质量追踪代码 JEDEC封装外形标准：

MO – 150AC 热阻Rth(j-a): 无通风
，焊接在印刷电路板上时为

151K/W

IC标有1个白色圆点或字母”ES”时

表明其为工程样品 Page 26 of 28

AS5040 10位可编程磁旋转编码器

19 推荐的印刷电路板占位尺寸

推荐占位数据

毫米

B 6.16

英寸 0.242

Revision 1.7 /?

Page 27 of 28

Schloss Premstaetten
，8141 Unterpremstaetten
，欧洲-奥地利。注册商7,095,228号专利权保护。 austriamicrosystems AG不做任何明确、法保留随时修订规格和价格的权利
，恕不另行通知。因此
，在本产进行当前有效信息的核查。

针对特定用途进行额外处理的情况下
，强烈建议austriamicrosystems AG对任何接受者austriamicrosystems AG

/? Page 28 of 28

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