前言

面對編碼器選型，長久以來，工程師不得不在“光學(xué)編碼器的高精度”與“磁性編碼器的堅(jiān)韌性”之間做出艱難取舍。光學(xué)編碼器如同精密但嬌貴的儀器，一絲塵埃、一縷油污便足以令其失準(zhǔn)；磁性編碼器雖如磐石般耐造，卻常在強(qiáng)磁環(huán)境中迷失方向。這種分裂的現(xiàn)狀在人形機(jī)器人或協(xié)作機(jī)器人等高標(biāo)準(zhǔn)要求的領(lǐng)域，已成為技術(shù)落地的“攔路虎”。

麥歌恩微電子（現(xiàn)隸屬納芯微）深刻洞察這一核心矛盾，推出MT6901——一款基于電渦流感應(yīng)技術(shù)的高速、高精度角度編碼器芯片。它不僅僅是傳統(tǒng)方案的簡單替代，更是一個(gè)融合精度、可靠性與智能于一體的系統(tǒng)性解決方案


一電感編碼器的設(shè)計(jì)哲學(xué)

MT6901摒棄了光學(xué)編碼器對光路的依賴，也避免了磁編碼器對背景磁場的敏感，選擇了一條更為穩(wěn)健的路徑：

“面”式空間感知：不同于點(diǎn)的或者線的測量，電感編碼器通過激勵線圈向特制轉(zhuǎn)子發(fā)射高頻電磁場，并由接收線圈捕捉受轉(zhuǎn)子位置調(diào)制的空間磁場變化。這種“面對面”的交互，天然具備強(qiáng)大的共模噪聲抑制能力，對空間中的點(diǎn)狀強(qiáng)磁干擾或分布式電磁干擾（EMI）形成“免疫”。

環(huán)境無畏者：它繼承了磁性編碼器耐受高振動、無懼粉塵、油污、冷凝水乃至磁性粉塵污染的“鋼鐵之軀”。同時(shí)，其精度與重復(fù)性直逼光學(xué)編碼器，且無需昂貴且復(fù)雜的氣密或迷宮式密封。這意味著產(chǎn)品適配從潔凈車間到噴涂產(chǎn)線、從戶外移動機(jī)器人到工業(yè)機(jī)械臂關(guān)節(jié)的全場景。

• 結(jié)構(gòu)解放，設(shè)計(jì)自由：電感式編碼器的另一優(yōu)勢在于其高度靈活性。其系統(tǒng)由PCB定子與金屬（或電導(dǎo)材料）轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子線圈可自由布線。這徹底打破了傳統(tǒng)磁編碼器與光學(xué)編碼器受限于固定尺寸Sensor-IC的桎梏，尤其適配對中空軸、大孔徑、異形結(jié)構(gòu)有強(qiáng)烈需求的現(xiàn)代機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，為機(jī)器人關(guān)節(jié)、直接驅(qū)動電機(jī)、手術(shù)器械等開辟了全新的物理實(shí)現(xiàn)可能。

二智慧內(nèi)核：創(chuàng)新架構(gòu)與精妙細(xì)節(jié)

1、三層電感技術(shù)與雙面采集：精度“+”，干擾“-”

MT6901采用三層PCB布局與雙轉(zhuǎn)子感應(yīng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙面信號采集，從根本上消除傳統(tǒng)方案單側(cè)感應(yīng)的局限性，形成了“內(nèi)環(huán)套外環(huán)”的感應(yīng)方案，如同為位置測量配備了“立體視覺”：

動態(tài)抵消共模誤差：雙面信號進(jìn)行差分處理，可有效消除因溫度漂移、供電波動帶來的共同噪聲；

解決走線干擾：中空區(qū)域的線纜不再是干擾源，其對稱磁場設(shè)計(jì)能有效規(guī)避EMC問題；

提升信號質(zhì)量與精度：雙路數(shù)據(jù)采集為后續(xù)數(shù)字處理提供了更豐富、更可靠的信息源，為高分辨率角度解算奠定硬件基礎(chǔ)。

2、全集成信號鏈：從磁場到數(shù)字位的優(yōu)雅旅程

MT6901內(nèi)部集成了一套完整的信號處理：

激勵與接收：內(nèi)置振蕩器驅(qū)動激勵線圈產(chǎn)生穩(wěn)定高頻交變磁場，8通道接收前端捕捉磁通量變化；

信號調(diào)理：接受線圈產(chǎn)生信號電壓經(jīng)解調(diào)，再由高性能ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送往DSP；

智能解算：強(qiáng)大DSP核心執(zhí)行補(bǔ)償、校準(zhǔn)、角度求解（細(xì)分/粗分）、游標(biāo)計(jì)算，合成高精度絕對角度值；

多重輸出接口：計(jì)算結(jié)果通過用戶選擇的接口實(shí)時(shí)、無誤地送達(dá)系統(tǒng)控制器；

輔助模塊：集成低壓差穩(wěn)壓模塊（LDO）、時(shí)鐘振蕩器（OSC）、參考電源（REF）、電可擦除可編程存儲器（EEPROM）等模塊。

功能框圖

3、三重智能校準(zhǔn)體系：將系統(tǒng)精度推向極致

構(gòu)成傳感器各個(gè)組成部分的非理想性會給最終角度輸出帶來誤差，而MT6901構(gòu)建了三重校準(zhǔn)“金字塔”用來減少非理想因素對最終輸出角度的影響。

第一重：客戶端簡潔自校準(zhǔn)

無需精密工裝，安裝好定轉(zhuǎn)子后連續(xù)轉(zhuǎn)動數(shù)圈（可非勻速），即可自動補(bǔ)償安裝偏心、小幅傾斜等主要非線性誤差。通過CAL_B引腳拉低或寄存器操作觸發(fā)，校準(zhǔn)轉(zhuǎn)速需匹配線圈極對數(shù)（如32對極細(xì)分線圈+5對極粗分線圈，轉(zhuǎn)速需8~120RPM或375~4800RPM），極大簡化現(xiàn)場安裝調(diào)試。校準(zhǔn)后典型線性度（INL）±0.1°。

第二重：客戶端勻速自校準(zhǔn)

系統(tǒng)以＜3‰波動的平穩(wěn)轉(zhuǎn)速運(yùn)行192圈以上，芯片深度學(xué)習(xí)并補(bǔ)償機(jī)械加工、裝配造成的周期性誤差。通過SPI配置可適配不同轉(zhuǎn)速區(qū)間（32~6000RPM），校準(zhǔn)后典型INL±0.02°，滿足高精度場景需求。

第三重：非線性（NLC）校準(zhǔn)

NLC校準(zhǔn)由一張128個(gè)點(diǎn)的查找表組成，每個(gè)點(diǎn)都記錄在MT6901的EEPROM中。通過與超高精度參考編碼器對拖，在128個(gè)等分點(diǎn)上進(jìn)行比對學(xué)習(xí)，生成參數(shù)并寫回MT6901進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)后典型INL＜0.01°，適配尖端精密控制場景。

三靈活交互：無縫對接新舊設(shè)計(jì)

MT6901提供豐富輸出接口組合，確保與新舊系統(tǒng)無縫對接：

（1）增量輸出（ABZ）：可編程1~16384 脈沖/圈，或者是65536步/圈，Z信號寬度可在1~128LSB或45°~240°間編程，完美兼容傳統(tǒng)伺服驅(qū)動器、PLC系統(tǒng)。

（2）絕對位置輸出：

4線SPI：輸出21位絕對角度數(shù)據(jù)，支持MODE=1（CPOL=0，CPHA=1）時(shí)序，CRC校驗(yàn)保障數(shù)據(jù)可靠，滿足高速實(shí)時(shí)性需求；

UART：可配置17位/23位分辨率，波特率支持2.5Mbps/4.0Mbps，搭配RS-485驅(qū)動芯片增強(qiáng)抗干擾性，直接構(gòu)建伺服閉環(huán)；

單線PWM：12位分辨率，頻率125Hz~2kHz可編程，布線簡單，適用于資源有限的MCU或冗余監(jiān)控信號。

（3）電機(jī)換相信號（UVW）：可編程支持1~16對極無刷直流電機(jī)（BLDC），直接輸出理想霍爾換相邏輯，簡化電機(jī)驅(qū)動設(shè)計(jì)。

核心參數(shù)表

封裝視圖

四

應(yīng)用場景

MT6901可成為以下高要求場景中，新設(shè)計(jì)或替代傳統(tǒng)方案的優(yōu)選：

人形機(jī)器人及協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)：高抗振性保障動態(tài)運(yùn)動中的讀數(shù)穩(wěn)定，中空結(jié)構(gòu)方便內(nèi)部走線，免疫電機(jī)本體電磁干擾，12000RPM高轉(zhuǎn)速適配關(guān)節(jié)快速運(yùn)動。

高端伺服電機(jī)與直接驅(qū)動電機(jī)：23位絕對精度滿足精密定位，ABZ/UVW多重接口簡化系統(tǒng)架構(gòu)，高環(huán)境魯棒性延長維護(hù)周期，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制場景適配性優(yōu)異。

汽車電動轉(zhuǎn)向（EPS）、線控底盤：耐受車規(guī)級溫度、振動及油污環(huán)境，故障診斷功能提升行車安全。

工業(yè)自動化：高精度，高抗污染，高抗電磁干擾，適應(yīng)惡劣環(huán)境，如食品飲料機(jī)械（沖洗環(huán)境）、紡織機(jī)械（飛絮環(huán)境）等。

醫(yī)療與高端設(shè)備：手術(shù)器械的異形結(jié)構(gòu)適配、精密儀器的高精度需求均能滿足，無磁干擾設(shè)計(jì)保障設(shè)備穩(wěn)定性。

此外，MT6901可用于設(shè)計(jì)直線DEMO：兩種方案，方案一為線圈移動，靶片不動；方案二為線圈不動，靶片移動。其中，方案一3cm行程測試結(jié)果誤差范圍保持在-0.005mm至0.005mm左右,10cm行程測試結(jié)果誤差則保持在-0.01mm至0.02mm之間。

五

結(jié)語

芯片，以電渦流技術(shù)為核心，既具備光學(xué)編碼器的高精度，又擁有磁性編碼器的強(qiáng)魯棒性，以三層智能校準(zhǔn)、靈活接口與結(jié)構(gòu)自由度，打破傳統(tǒng)選型困局。