ams AS5510 10-Bit-Linear-Inkremental-Positionssensor mit digitalem Winkelausgang

Revision	Datum	Eigentümer	Beschreibung
1	1.09.2009		Erste Überarbeitung
1.1	28.11.2012		Aktualisieren
1.2	21.08.2013	AZEN	Vorlagenaktualisierung, Abbildungsänderung

Allgemeine Beschreibung

Der AS5510 ist ein linearer Hall-Sensor mit 10 Bit Auflösung und I²C-Schnittstelle. Es kann die absolute Position der seitlichen Bewegung eines einfachen 2-Pol-Magneten messen. Die typische Anordnung ist unten in (Abbildung 1) dargestellt.
Abhängig von der Magnetgröße kann ein seitlicher Hub von 0.5–2 mm bei Luftspalten um 1.0 mm gemessen werden. Um Strom zu sparen, kann der AS5510 in einen ausgeschalteten Zustand geschaltet werden, wenn er nicht verwendet wird.
Abbildung 1:
Linearer Positionssensor AS5510 + Magnet

Inhaltsangabe

Abbildung 2:
Inhaltsangabe

Name	Beschreibung
AS5510-WLCSP-AB	Adapterplatine mit AS5510 darauf
AS5000-MA4x2H-1	Axialmagnet 4x2x1mm

Board-Beschreibung

Die AS5510-Adapterplatine ist eine einfache Schaltung, mit der der AS5510-Linearencoder schnell getestet und bewertet werden kann, ohne dass eine Testvorrichtung oder Leiterplatte gebaut werden muss.
Die Adapterplatine muss über den I²C-Bus an einen Mikrocontroller angeschlossen und mit einem Spannungsregler versorgt werdentage von 2.5 V ~ 3.6 V. Auf der Oberseite des Encoders ist ein einfacher 2-poliger Magnet angebracht.

Abbildung 2:
Montage und Abmessungen der AS5510-Adapterplatine

(A) (A) I2C- und Stromversorgungsanschluss
(B) I2C-Adressauswahl

Geöffnet: 56h (Standard)

Geschlossen: 57h

Pinbelegung

Der AS5510 ist in einem 6-Pin-Chip-Scale-Gehäuse mit einem Kugelabstand von 400 µm erhältlich.
Abbildung 3:
Pin-Konfiguration von AS5510 (oben View)

Tabelle 1:
Pin Beschreibung

Pin AB-Platine	Pin AS5510	Symbo	Typ	Beschreibung
J1: Stift 3	A1	VSS	S	Negativer Versorgungspin, analoge und digitale Masse.

JP1: Stift 2	A2	ADR	DI	Pin zur Auswahl der I²C-Adresse. Pulldown standardmäßig (56h). Schließen Sie JP1 für (57h).
J1: Stift 4	A3	VDD	S	Positiver Versorgungsstift, 2.5 V ~ 3.6 V
J1: Stift 2	B1	SDA	DI/DO_OD	I²C-Daten-E/A, 20 mA-Treiberfähigkeit
J1: Stift 1	B2	SCL	DI	I²C-Uhr
keine	B3	Prüfen	DIO	Prüfstift, verbunden mit VSS

DO_OD	… Digitalausgang Open Drain
DI	… digitale Eingabe
DIO	… digitaler Ein-/Ausgang
S	… Versorgungspin

Montage der AS5510 Adapterplatine

Der AS5510-AB kann mit seinen vier Befestigungslöchern an einem vorhandenen mechanischen System befestigt werden. Es kann ein einfacher zweipoliger Magnet verwendet werden, der über oder unter dem IC platziert wird.
Abbildung 4:
Montage und Abmessungen der AS5510-Adapterplatine

Der maximale horizontale Verfahrweg ampDie Breite hängt von der Form und Größe des Magneten sowie der Magnetstärke (Magnetmaterial und Luftspalt) ab.
Um eine mechanische Bewegung mit linearer Reaktion zu messen, muss die Magnetfeldform bei einem festen Luftspalt wie in Abbildung 5 sein:.
Die lineare Bereichsbreite des Magnetfelds zwischen Nord- und Südpol bestimmt die maximale Hubgröße des Magneten. Die minimalen (-Bmax) und maximalen (+Bmax) Magnetfeldwerte des linearen Bereichs müssen kleiner oder gleich einer der vier auf dem AS5510 verfügbaren Empfindlichkeiten sein (Register 0Bh): Empfindlichkeit = ± 50 mT, ± 25 mT, ± 18.5 mT , ±12.5mT Das 10-Bit-Ausgaberegister D[9..0] OUTPUT = Field(mT) * (511/Empfindlichkeit) + 511.

Dies ist der Idealfall: Der lineare Bereich des Magneten beträgt ±25 mT, was zur ±25 mT-Empfindlichkeitseinstellung des AS5510 passt. Die Auflösung von Verschiebung vs. Ausgangswert ist optimal.
Max. Verfahrweg TDmax = ±1 mm (Xmax = 1 mm)
Empfindlichkeit = ±25mT (Register 0Bh ← 01h)
Bmax = 25 mT
→ X = -1mm (= -Xmax) Feld(mT) = -25mT AUSGANG = 0
→X = 0mm Feld(mT) = 0mT AUSGANG = 511
→ X = +1mm (= +Xmax)
Feld(mT) = +25mT AUSGANG = 1023
Dynamikbereich des AUSGANGS über ±1 mm: DELTA = 1023 – 0 = 1023 LSB
Auflösung = TDmax / DELTA = 2 mm / 1024 = 1.95 µm/LSB
ExampTeil 2:
Bei Verwendung der gleichen Einstellungen beim AS5510 beträgt der lineare Bereich des Magneten über die gleiche Verschiebung von ±1 mm aufgrund eines größeren Luftspalts oder eines schwächeren Magneten jetzt ±20 mT statt ±25 mT. In diesem Fall ist die Auflösung der Verschiebung gegenüber dem Ausgangswert geringer. Max. Verfahrweg TDmax = ±1 mm (Xmax = 1 mm): unverändert Empfindlichkeit = ±25 mT (Register 0Bh ← 01h): unverändert
Bmax = 20 mT
→ X = -1mm (= -Xmax)
Feld(mT) = -20mT AUSGANG = 102
→ X = 0mm Feld(mT) = 0mT AUSGANG = 511
→ X = +1mm (= +Xmax)
Feld(mT) = +20mT AUSGANG = 920;
Dynamikbereich des AUSGANGS über ±1 mm: DELTA = 920 – 102 = 818 LSB
Auflösung = TDmax / DELTA = 2 mm / 818 = 2.44 µm/LSB
Um die beste Auflösung des Systems beizubehalten, wird empfohlen, die Empfindlichkeit so anzupassen, dass sie dem Bmax des Magneten entspricht, mit Bmax < Empfindlichkeit, um eine Sättigung des Ausgangswerts zu vermeiden.
Wird ein Magnethalter verwendet, muss dieser aus einem nicht ferromagnetischen Material bestehen, um die maximale magnetische Feldstärke und maximale Linearität beizubehalten. Materialien wie Messing, Kupfer, Aluminium und Edelstahl sind die beste Wahl für die Herstellung dieses Teils.

Anschließen des AS5510-AB

Für die Kommunikation mit der Host-MCU sind lediglich zwei Drähte (I²C) erforderlich. Sowohl auf der SCL- als auch auf der SDA-Leitung sind Pull-up-Widerstände erforderlich. Der Wert hängt von der Länge der Leitungen und der Anzahl der Slaves auf derselben I²C-Leitung ab.
Das Netzteil mit einer Spannung zwischen 2.7 V und 3.6 V ist an die Adapterplatine und die Pull-up-Widerstände angeschlossen.
Ein zweites AS5510-Adapterboard (optional) kann an derselben Leitung angeschlossen werden. In diesem Fall muss die I²C-Adresse geändert werden, indem JP1 mit einem Kabel verschlossen wird.

Software bspwample

Nach dem Hochfahren des Systems muss vor dem ersten I²C eine Verzögerung von >1.5 ms durchgeführt werden
Lese-/Schreibbefehl mit dem AS5510.
Die Initialisierung nach dem Einschalten ist optional. Es besteht aus:
– Empfindlichkeitskonfiguration (Register 0Bh)

Magnetpolarität (Register 02h Bit 1)

Langsamer oder schneller Modus (Register 02h Bit 3)
Power-Down-Modus (Register 02h Bit 0)

Das Ablesen des Magnetfeldwertes ist unkompliziert. Der folgende Quellcode liest den 10-Bit-Magnetfeldwert und wandelt ihn in die Magnetfeldstärke in mT (Millitesla) um.
Exampauf: Empfindlichkeit im Bereich von +-50 mT (97.66 mT/LSB) konfiguriert; Polarität = 0; Standardeinstellung:

D9..0 Wert = 0 bedeutet -50mT auf dem Hallsensor.

D9..0-Wert = 511 bedeutet 0 mT am Hallsensor (kein Magnetfeld oder kein Magnet).
D9..0 Wert = 1023 bedeutet +50mT am Hallsensor.

Schema und Layout

Bestellinformationen

Tabelle 2:
Bestellinformationen

Bestellnummer	Beschreibung	Kommentare
AS5510-WLCSP-AB	AS5510 Adapterplatine	Adapterplatine mit Sensor im Walk-Paket

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Dokumente / Ressourcen

ams AS5510 10-Bit-Linear-Inkremental-Positionssensor mit digitalem Winkelausgang [pdf] Benutzerhandbuch
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Verweise

Bedienungsanleitung

AS5510 10-Bit-Linear-Inkremental-Positionssensor mit digitalem Winkelausgang