三款集成电路使无磁感应传感更简单、更准确

对于那些一心想让人工智能融入万物的技术爱好者来说，这或许是个新鲜事 —— 但在现实世界中，执行实际功能的系统往往需要感知位置、速度或温度等物理变量。而能否以更高的精度、一致性和更低的成本实现传感，是衡量设计优劣的关键指标。

为解决这一需求，Renesas Electronics 推出三款无磁感应位置传感器（IPS）集成电路。它们可针对各类线圈设计进行全面定制，适用于机器人、医疗健康、智能建筑、家用电器和电机换相等广泛工业应用（图 1）。

RAA2P3200、RAA2P3226 和 RAA2P4200 三款传感器 IC 以高分辨率、高精度和稳健性能为核心设计目标，为传统磁性和光学编码器提供了高性价比替代方案 —— 传统编码器往往体积庞大、成本高昂且需要定期维护。Renesas 还同步推出一款基于网页的设计工具，方便客户轻松创建定制化传感元件，满足特定系统需求。

传感器工作原理

该系列产品采用非接触式线圈传感技术，通过简单的金属靶标和单或双线圈配置，实现绝对旋转、线性或弧形位置检测。它们能在高温（-40 至 125°C）、颗粒物、潮湿、机械振动和电磁干扰环境下保持稳定运行。

此外，与基于磁性或光学编码器的传感器不同，它们不受杂散磁场影响，且无需维护。若你不熟悉无磁线圈传感技术，可参考下文的 “无磁感应位置传感原理”。

三款产品均具备高精度目标位置检测能力，全量程电气范围内精度优于 0.1%，支持 3.0 至 5.0V 单电源供电。这些采用 16 引脚 TSSOP 封装（4.4×5.0 mm）的器件，内部结构虽复杂（图 2 RAA2P3226 的内部框图），但对用户而言完全透明，易于使用。

这三种相似但不同的装置既有共同特征，也有独特的特点。其耐用性和低维护成本使其成为电机驱动、执行器、阀门、服务机器人及基础设施应用中可靠且经济的传感解决方案，这些领域对可靠性和长期性能至关重要。标准功能包括自动校准和线性化，以简化集成并提升系统性能。

三款集成电路详细解析

RAA2P3200

专为高速电机换相优化，低延迟特性适配电机换相、电动自行车和工业机器人 / 协作机器人：

• 输出接口：SPI、UART、ABI、UVW 或 Step-Dir

• 自动增益控制（AGC），补偿气隙变化

• 16 点线性化功能，提升精度

• 支持旋转（同轴 / 离轴）、弧形和线性检测场景

• 电气转速可达 600K 转 / 分，传播延迟低于 100 纳秒

RAA2P3226

性能先进，提供机器人应用所需的高精度：

• 支持双线圈传感，分辨率最高 19 位，绝对精度 0.01 度（集成游标技术）

• 输出接口：UART、ABI、Step-Dir、I²C

• 自动增益控制（AGC），补偿气隙变化

• 16 点线性化功能，提升精度

• 启动时可直接获取上电位置信息

• 支持旋转（同轴 / 离轴）、弧形和线性检测场景

• 电气转速可达 600K 转 / 分，传播延迟低于 100 纳秒

RAA2P4200

面向医疗设备、电动工具等低速应用：

• 输出接口：模拟信号、PWM、I²C

• 自动增益控制（AGC），补偿气隙变化

• 16 点线性化功能，提升精度

• 支持旋转（同轴 / 离轴）、弧形和线性检测场景

• 具备过压、反极性和短路保护

完善设计流程

感应位置传感器的设计通常涉及印刷电路板、带无源元件的 IC，以及安装在运动部件上的金属靶标。其中最复杂的部分是外部传感元件（如发射线圈和接收线圈），需精确配置以确保精度，并根据系统的机械和环境要求进行定制。

为此，Renesas 推出基于网页的 “感应位置传感器线圈优化工具”（Inductive Position Sensor Coil Optimizer）。该工具通过自动化线圈布局、仿真和调优，解决了设计难点，显著降低开发者的学习门槛。工程师还可借助该工具获取准确的性能估算，并通过优化线圈布局克服制造限制（图 3）。

每款传感器接口 IC 均配备详尽全面的数据手册（分别为 50 页、43 页和 35 页）。对于需要快速上手的用户，Renesas 将 RAA2P3226 与其他兼容器件组合，开发了两套成熟的系统方案 —— 这些方案均由相互兼容的器件组成，经过技术验证：小型无刷直流伺服系统和转盘系统（图 4）。有趣的是，这款尖端传感器接口与 “老式” 唱机系统搭配使用 —— 而唱机如今正迎来一定程度的复兴热潮。