Texas Instruments LDC5071-Q1电感式位置传感器是一款高速传感器，旨在连接位于印刷电路板上的三个电感式感应线圈。该传感器具有高分辨率，在高达480,000 RPM转速下精度为 ≤1°，并在2.4 MHz至5MHz频段内集成了LC振荡器。内置集成模拟前端 (afe) IC的LDC5071-Q1传感器包含手动和自动增益控制 (AGC) 功能，可最大限度地提高输出驱动器的动态范围。该传感器测量工业应用中的绝对线性和旋转位置。LDC5071-Q1传感器符合AEC-Q100汽车应用的要求，可用于踏板位置、机器人、电动自行车、变速系统、制动助力系统和电动助力转向系统。

数据手册：*附件：Texas Instruments LDC5071-Q1电感式位置传感器数据手册.pdf

LDC5071-Q1传感器在输出引脚短路至高电压时支持反向电池、过压和电流保护。该传感器滤波器具有抗电机噪声干扰能力，并可以滤除带外低频和高频噪声。LDC5071-Q1传感器提供5V或3.3V输入电源电压、 -40°C至170°C结温范围以及22mA最大电流。该传感器采用5mm x 4.40mm PW（TSSOP-16）封装。

特性

• 高分辨率，在高达480,000RPM的转速下具有≤1度的精度
• 集成模拟前端 IC，适用于非接触式电感式位置传感器进行0°至360°绝对旋转位置测量
• 正弦和余弦输出的差分信号路径支持宽动态输入范围
• 集成2.4MHz至5MHz频段的LC振荡器，用于激励电感式传感器线圈
• 自动和手动增益控制，能够尽可能地提高输出驱动器的动态范围
• 具有高电压保护功能和大容性负载能力的差分输出驱动器
• 输入电源和输出引脚具有–15V至30V的反向电压和过压保护功能
• 内置传感器和电源诊断
• 最大工作电流：22 mA
• 输入电源工作模式：5V和3.3V
• 无需磁铁
• 符合AEC-Q100标准的-40°C至160°C工作环境温度范围
• 5mm x 4.40mm PW (TSSOP-16) 封装

方框图

应用示意图

德州仪器LDC5071-Q1电感式位置传感器技术解析

核心特性

1. ‌高精度测量‌：
   • 旋转速度高达480,000 RPM时精度≤1度
   • 提供正弦(Sin)和余弦(Cos)差分输出
   • 支持0°至360°绝对旋转位置测量
2. ‌抗干扰设计‌：
   • 对杂散磁场、灰尘和污染物具有免疫力
   • 无需磁铁，纯电感式测量原理
   • 集成EMC滤波和噪声抑制功能
3. ‌灵活供电选项‌：
   • 支持5V和3.3V两种工作模式
   • 最大工作电流22mA
   • 集成3.3V稳压器输出
4. ‌保护功能‌：
   • 输入电源和输出引脚支持-15V至30V保护
   • 反向电压和过压保护
   • 内置传感器和电源诊断功能

工作原理

LDC5071-Q1基于电感耦合原理工作，系统通常由三个PCB线圈组成：

• 一个发射线圈(连接至LCIN/LCOUT)
• 两个接收线圈(产生Sin/Cos信号)

当金属目标接近线圈时，会改变线圈间的耦合系数，LDC5071-Q1通过测量这种变化来精确确定目标位置。器件内部完成信号解调、滤波和放大，输出可直接连接MCU进行角度计算。

关键技术创新

1. 自动增益控制(AGC)

LDC5071-Q1提供两种增益控制模式：

• ‌自动模式‌：自动调节增益以补偿气隙变化，保持输出幅度稳定
• ‌手动模式‌：通过外部电阻网络精确设置固定增益

自动增益控制范围覆盖256个步进，每步约0.15dB，可有效应对传感器老化和环境变化。

2. 全面的诊断功能

器件集成多项自检功能：

• 上电自检：检查传感器线圈开路/短路
• 运行中诊断：持续监控信号路径完整性
• 安全机制：寄存器CRC校验和冗余检查

3. 抗干扰设计

通过以下技术确保在恶劣环境中可靠工作：

• 差分信号路径设计
• 带通滤波消除带外噪声
• 高电压保护电路

典型应用

1. ‌汽车电子‌：
   • 电动汽车牵引电机逆变器
   • 电动助力转向系统
   • 制动助力电机
   • 变速箱位置传感
2. ‌工业自动化‌：
   • 机器人关节位置反馈
   • 阀门和执行器控制
   • 线性位移测量
3. ‌消费电子‌：
   • 电动自行车电机控制
   • 家电电机位置检测

设计要点

1. ‌线圈设计‌：
   • 发射线圈电感：5μH(典型值)
   • 接收线圈电感：0.2μH(典型值)
   • 谐振频率：2.4MHz至5MHz
2. ‌布局建议‌：
   • 保持LCIN/LCOUT走线尽可能短
   • 输出信号走线采用差分对设计
   • 避免在传感器线圈下方布置地平面
3. ‌输出配置‌：
   • 支持差分和单端两种输出模式
   • 输出端建议添加10nF滤波电容
   • 故障状态下输出为高阻态

性能表现

根据TI提供的测试数据：

• 在5V供电、5MHz激励频率下：
  • 转速≤8,000Hz时角度误差<1.3°
  • 输出电容<50nF时性能最佳
• 在3.3V供电条件下：
  • 保持相似精度但动态范围略小

开发资源

TI为LDC5071-Q1提供完整的设计支持：

• 参考设计原理图和PCB布局
• 传感器线圈设计指南
• 角度计算算法参考代码
• E2E支持论坛技术答疑

总结

LDC5071-Q1代表了当前电感式位置传感技术的先进水平，其高精度、高可靠性和丰富的诊断功能使其成为严苛环境位置检测应用的理想选择。随着汽车电动化和工业自动化的发展，这类非接触式位置传感器将在运动控制系统中发挥越来越重要的作用。

对于设计人员而言，充分利用该器件的自动增益控制和诊断功能可以构建出更可靠、更精确的位置检测系统，满足日益增长的安全和性能需求。