智能化时代精确位置计算新选择 —— 瑞萨RAA2P3226电感式位置感应套件

当工业自动化生产线上的机械臂以微米级精度重复着抓取动作，新能源汽车的电机控制器实时感知转子角度实现平稳换向时，都有一个隐形而关键的技术----位置传感在发挥着重要的作用。在智能化浪潮席卷制造业、汽车电子、机器人等领域的今天，传统的位置传感技术（如：光电编码器,磁性传感器，旋转变压器等）正面临前所未有的挑战，我们不禁要问：在高可靠性、高精度、强抗干扰性的平衡点上，是否存在一种最优的解决方案？
为应对这一需求，近日，全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子（Renesas Electronics）正式推出三款无磁电感式位置传感器（IPS）IC。这些产品可针对各类线圈设计进行全定制化适配，广泛应用于机器人、医疗健康、智能建筑、家用电器及电机换相等工业场景。他们以其独特的技术路径给出了一个令人瞩目的答案。
今天我们为大家带来的就是该系列中性能最强劲的传感器接口 IC——RAA2P3226评估套件RAA2P3226 Inductive Position Sensing Starter Kit.

开箱评测

整个包装盒继承了瑞萨公司一贯的风格，采用蓝白色调，简约而大方。与其他套件不同的是，本套件直接在正反面分别印制有套件内部介绍板卡介绍以及快速开始指南，缩短了工程师们从拿到评估套件到上手使用的时间，提高了效率。

打开包装盒，里面包含了配套的USB电缆、2根用于连接位置传感器板卡的排线以及四块评估板，它们分别是RAA2P-COMBOARD通信板、RAA2P3226A1615板卡（高精度、18 位分辨率、89mm 半径绝对侧轴弧度编码器设计）、RAA2P3226R3201板卡（高精度、19 位分辨率、72mm 直径、绝对编码器设计）、RAA2P3226R1601板卡（高精度、18 位分辨率、34mm 直径、绝对编码器设计）。

首先，让我们来看看RAA2P-COMBOARD板卡，该板卡的主要功能是读取其他板卡上位置传感器的数据，经过转换后发送给上位机程序。因此，该板卡结构比较简单，其核心为一块R5F566TKGDFP芯片，这是一块具有1M Flash、128KB RAM及32KB Data Flash空间的32位处理器，属于瑞萨公司RX66T系列，最高主频可以达到160MHz，且包含了多种主流的接口部件，具有强大的性能。

除了MCU外，该板卡最引人注目的就是与位置传感器连接的接口了，为了便于工程师们评估，瑞萨公司给出了2个接口（J3-1、J3-2）与传感器子板进行连接，并且每一种接口还给出了多种形式（J1-1、J1-2、J2-1、J2-2）。特别值得称赞的是，这些接口的定义都在板卡上标明，大大节约了工程师们的查找资料的时间。除此之外，RAA2P-COMBOARD板卡还提供了两个按键（START和STOP）用于控制启动和停止，一个USB Type B接口用于与上位机软件进行连接。
下面让我们来看看3块传感器子板，为了全面的评估性能，瑞萨公司提供了三块不同的传感器子板：RAA2P3226A1615、RAA2P3226R3201、RAA2P3226R1601。这三块板卡的核心都是采用RAA2P3226芯片，所不同的是角度分辨率及板卡的尺寸，这也充分说明了该位置传感解决方案可以适用在多种场合。
由于我们今天的主角是RAA2P3226芯片，因此我们首先来看看它的性能。它是瑞萨公司最新推出的一款高速无磁电感式位置传感器IC，可用于绝对和增量位置传感领域。其采用涡流物理原理，即通过检测金属目标在一组线圈（包括一个发射线圈和两组接收线圈）上方的位置来工作。通过简单的金属靶标及单线圈 / 双线圈配置，即可实现绝对旋转位置、线性位置或弧形位置的检测。这种产品设计可耐受恶劣环境条件，在粉尘、潮湿、机械振动及电磁干扰等场景下均能保持稳定运行。更重要的是，与基于磁编码器或光学编码器的传感器不同，该系列产品不受杂散磁场影响，且无需维护。
下图为RAA2P3226芯片的外观,可以看出其采用16 TSSOP封装大小仅为4.4mm x 5.0mm，非常方便集成在各种小型化设备及体积受限的场合中使用。

下面为RAA2P3226芯片的内部功能结构图，图中清晰的给出了该芯片的内部功能结构。

通过查阅资料可知，该芯片具有以下特点：
• 电源电压为3.3V±0.3V或5.0V±0.5V
• 符合工业应用要求（-40°C至+125°C）
• 输出接口包括高速UART、ABI步进/方向、I2C等
• 自动增益控制（AGC）可补偿气隙变化
• 转速高达600K RPM，传播延迟小于100ns
• True-power-on位置信息
• 轴向和非轴向实现均可
• 自动校准和16点线性化
• 片上故障诊断
• 外部辅助传感器输入
• 最高19位分辨率/15位精度且集成游标
• 可以进行旋转、线性、弧形运动测量
实际上，除了RAA2P3226芯片之外，瑞萨公司还提供其他采用相似技术的位置传感器供客户根据应用的实际情况进行选择（如下图所示），他们根据原理的不同可以分为单线圈及双线圈两种，对自动化及工业应用场合进行了分别优化。

软件资源

除了相关硬件以外，瑞萨公司也一如既往地提供了良好的软件平台与详细的文档资料。本评估套件的相关资料可以从以下网址进行下载，（https://www.renesas.cn/zh/design-resources/boards-kits/rtka2p3226s00000be?part-status=Active#overview）

在这个页面中工程师们可以找到关于这块板卡的全部资料，包括板卡的概述、其所具有的特性，相关的文档及开发评估工具，特别值得一提的是，瑞萨公司还为工程师们准备了图形界面(GUI)软件用于快速上手评估。

上电测试

在下载完上面提到的GUI工具后我们就可以对RAA2P3226芯片的性能进行一个简单、直观的测试了。按照要求，安装好该工具后启动。

点击“Create new project”创建一个新的工程，根据评估板的类型选择RAA2P32xx家族中的RAA2P3226芯片，点击“OK”后系统开始加载界面。

随后系统需要选择输出接口，用户可以根据需要选择。

在进行设置好后，右下角就会提示连接成功，由于这里连接了两块子卡，我们还可以通过下方的“Device”按钮进行切换。

不论连接的是哪块子卡，点击“Start Reading”按钮开始读取数据，此时旋转对应子板上的旋钮，就可以看到指针以及柱状图会跟着发生变化。

除了直观的给出当前位置感应的效果之外，该GUI工具还包含有对芯片的配置功能。点击软件的Wizard功能。

我们可以看到该软件给出了包括电源、线圈配置在内容的9个方面，工程师们可以以向导的形式对芯片进行配置。

另外，软件还给出芯片寄存器的可视化表格，方便用户实时观察RAA2P3226芯片中的数据的变化。

总结

瑞萨电子推出的三款无磁电感式位置传感器能够解决传统位置感应的痛点问题，展现出了其在智能化时代精密测量领域的独特价值。它成功地将电感式传感技术的理论优势——卓越的抗污染、抗磁场干扰能力以及宽温工作特性——转化为一套稳定、易用的工程解决方案。同时，瑞萨公司为其提供了详细的资料以及配套的程序源码，这些资源都能够极大地降低工程师们的开发成本，相信在不远的将来瑞萨RAA2P3226系列芯片将会在位置感应领域大放异彩。