探索AEAT - 9933：10位至14位可编程角磁编码器IC的卓越性能与应用

在电子工程领域，编码器作为获取精确角度和位置信息的关键组件，其性能和功能直接影响着众多应用系统的稳定性和精度。今天，我们将深入探讨博通（Broadcom）推出的AEAT - 9933，一款专为轴上和轴外应用设计的10位至14位可编程角磁编码器IC。

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一、产品概述

AEAT - 9933是一款角磁旋转传感器，能够在360度的完整旋转范围内提供精确的角度测量。它采用了集成霍尔传感器元件，并在单一设备内进行复杂的模拟和数字信号处理。只需一个简单的两极磁体，通过垂直旋转即可产生必要的磁场。其广泛的磁场传感器配置支持轴上（轴端）或轴外（轴侧）模式，为各种应用提供了灵活的解决方案。

该编码器不仅能够测量并输出绝对和增量信号，还具备可选择和可重新编程的分辨率，范围从10位到14位，能满足不同应用场景对精度的要求。同时，它还支持多种通信协议，如标准的SSI（奇偶校验）和SPI（带CRC和奇偶校验选项），用户也可以选择接收PWM编码的绝对角度位置输出信号（带CRC）。

二、产品特性亮点

1. 电源与分辨率灵活配置：支持5V和3.3V两种电源供电，绝对分辨率可在10位至14位之间编程设置，增量式ABI分辨率范围为1 CPR至1024 CPR，UVW换向角输出支持1至32对极，为不同应用提供了高度的灵活性。
2. 多输出选项：具备PWM输出，并带有错误位选项，方便用户对系统状态进行监控和诊断。
3. 用户自定义功能丰富：允许用户对零位置、方向、索引宽度和索引位置进行编程设置，还可设置可编程滞后，以满足不同应用的特殊需求。
4. 多样化通信接口：支持通过两线SSI、三线SSI和四线SPI进行绝对输出，每种接口都有不同的模式可供选择，方便与各种微控制器和系统进行连接。
5. 紧凑封装与高兼容性：采用紧凑的QFN - 24引脚（4 mm × 4 mm）封装，符合RoHS标准，适用于对空间和环保有要求的应用场景。
6. 高精度与宽温度范围：具备INL角度校正功能，可实现高精度测量，工作温度范围为 - 40°C至125°C，能适应各种恶劣的工业环境。

三、工作原理剖析

AEAT - 9933采用CMOS标准工艺制造。当磁体与设备对齐并垂直放置时，集成的霍尔传感器会检测磁体的磁场，将检测到的磁信号作为输入信号进行处理。首先，对这些信号进行适当的调理，以消除其不理想因素，然后输入到模拟放大器中进行强度放大和滤波。经过放大的模拟信号再被送入内部的模数转换器（ADC），转换为数字信号进行最后的数字处理，最终输出绝对和增量信号的数字化结果。

该设备还会从输出协议中提供磁场强度高MHi和磁场强度低MLo的数字信息，以指示磁体与设备表面的距离是否合适。用户可以使用标准的同步串行接口（SSI）或串行外设接口（SPI）协议访问设备的数字化绝对数据，也可以选择使用脉宽调制（PWM）信号来表示绝对角度。

四、电气与编码特性

1. 电气参数

AEAT - 9933的电气特性涵盖了绝对最大额定值和推荐工作条件。绝对最大额定值规定了设备能够承受的极限参数，如存储温度范围为 - 40°C至125°C，DC电源电压范围为 - 0.3V至6V等。超出这些范围可能会对设备造成永久性损坏，因此在使用时必须严格遵守。

推荐工作条件则给出了设备正常工作的最佳参数范围，如工作环境温度为 - 40°C至125°C，DC电源电压在5V工作时为4.5V至5.5V，3.3V工作时为3.0V至3.6V等。此外，还规定了增量输出频率和负载电容等参数，确保设备在稳定的电气环境下运行。

2. 编码特性

AEAT - 9933的编码特性包括绝对输出、增量输出和PWM输出等方面。绝对输出的分辨率可在10位至14位之间编程设置，同时还规定了不同情况下的积分非线性（INL），如轴上和轴外不同条件下的INL值，反映了设备的测量精度。

增量输出（通道ABI）的分辨率可编程为1至1024 CPR，索引脉冲宽度和索引状态也可在90°e、180°e、270°e或360°e之间进行选择。PWM输出的频率可在122Hz至976Hz之间调整，最小脉冲宽度为1μs，最大脉冲宽度为16384μs。

五、通信协议详解

AEAT - 9933拥有多达10个接口，其中一个专门用于增量式ABI，其余接口复用在I/O引脚M0、M1、M2和M3上。每个输出都可以通过M0引脚、MSEL引脚和PSEL寄存器进行配置，支持多种通信协议，如SPI4、SPI3、SSI3、SSI2和PWM等。

1. SPI4协议

SPI4协议使用AEAT - 9933的四个引脚，通过MSEL引脚选择该协议。它允许用户进行内存读写和位置数据访问，采用CPOL = 0，CPHA = 1进行触发。该协议规定了详细的时序特性，如NCS下降沿与CLK上升沿之间的时间间隔、串行时钟周期等，确保数据的准确传输。

2. SPI3协议

SPI3协议仅允许进行内存读写操作，通过将MSEL和M0引脚置0来配置。它使用M1、M2和M3引脚进行数据传输，同样有相应的时序要求，如MO下降沿与SCK下降沿之间的时间间隔等。

3. SSI协议

SSI协议包括三线（SSI3）和两线（SSI2）两种模式。SSI3协议使用三个引脚，通过MSEL和M0引脚选择，有SSI3 - A和SSI3 - B两种选项，每种选项都有不同的输出特性和时序要求。SSI2协议使用两个引脚，通过MSEL、M0和M1引脚进行配置，也有SSI2 - A和SSI2 - B两种选项，以满足不同的应用需求。

4. PWM协议

PWM协议使用AEAT - 9933的一个输出引脚（W_PWM），该引脚与UVW协议共享。PWM信号的周期可配置为1025、2049、4097、8193或16385μs，在设备上电时，PWM信号在芯片准备好之前为0。

六、应用领域广泛

AEAT - 9933的多功能性使其适用于众多领域，包括无刷直流电机和步进电机的控制、旋转变压器和电位器的替代、工业自动化和机器人，以及工业缝纫机和纺织设备等。在这些应用中，AEAT - 9933能够提供精确的角度和位置信息，确保设备的稳定运行和高精度控制。

七、总结与思考

AEAT - 9933作为一款高性能的角磁编码器IC，凭借其丰富的功能、灵活的配置和高精度的测量能力，在电子工程领域具有广泛的应用前景。它的多种通信协议支持和用户自定义功能，为工程师提供了更多的设计选择和便利。

然而，在实际应用中，我们也需要考虑一些问题。例如，如何根据具体应用场景选择合适的分辨率和通信协议？如何确保磁体与设备的正确安装和匹配，以获得最佳的测量精度？这些问题都需要工程师在设计过程中进行深入的思考和实践。希望通过本文的介绍，能帮助电子工程师们更好地了解和应用AEAT - 9933这款优秀的编码器IC。