對于那些一心想讓人工智能融入萬物的技術愛好者來說，這或許是個新鮮事 —— 但在現實世界中，執行實際功能的系統往往需要感知位置、速度或溫度等物理變量。而能否以更高的精度、一致性和更低的成本實現傳感，是衡量設計優劣的關鍵指標。

為解決這一需求，Renesas Electronics 推出三款無磁感應位置傳感器（IPS）集成電路。它們可針對各類線圈設計進行全面定制，適用于機器人、醫療健康、智能建筑、家用電器和電機換相等廣泛工業應用（圖 1）。

RAA2P3200、RAA2P3226 和 RAA2P4200 三款傳感器 IC 以高分辨率、高精度和穩健性能為核心設計目標，為傳統磁性和光學編碼器提供了高性價比替代方案 —— 傳統編碼器往往體積龐大、成本高昂且需要定期維護。Renesas 還同步推出一款基于網頁的設計工具，方便客戶輕松創建定制化傳感元件，滿足特定系統需求。

傳感器工作原理

該系列產品采用非接觸式線圈傳感技術，通過簡單的金屬靶標和單或雙線圈配置，實現絕對旋轉、線性或弧形位置檢測。它們能在高溫（-40 至 125°C）、顆粒物、潮濕、機械振動和電磁干擾環境下保持穩定運行。

此外，與基于磁性或光學編碼器的傳感器不同，它們不受雜散磁場影響，且無需維護。若你不熟悉無磁線圈傳感技術，可參考下文的 “無磁感應位置傳感原理”。

三款產品均具備高精度目標位置檢測能力，全量程電氣范圍內精度優于 0.1%，支持 3.0 至 5.0V 單電源供電。這些采用 16 引腳 TSSOP 封裝（4.4×5.0 mm）的器件，內部結構雖復雜（圖 2 RAA2P3226 的內部框圖），但對用戶而言完全透明，易于使用。

這三種相似但不同的裝置既有共同特征，也有獨特的特點。其耐用性和低維護成本使其成為電機驅動、執行器、閥門、服務機器人及基礎設施應用中可靠且經濟的傳感解決方案，這些領域對可靠性和長期性能至關重要。標準功能包括自動校準和線性化，以簡化集成并提升系統性能。

三款集成電路詳細解析

RAA2P3200

專為高速電機換相優化，低延遲特性適配電機換相、電動自行車和工業機器人 / 協作機器人：

• 輸出接口：SPI、UART、ABI、UVW 或 Step-Dir

• 自動增益控制（AGC），補償氣隙變化

• 16 點線性化功能，提升精度

• 支持旋轉（同軸 / 離軸）、弧形和線性檢測場景

• 電氣轉速可達 600K 轉 / 分，傳播延遲低于 100 納秒

RAA2P3226

性能先進，提供機器人應用所需的高精度：

• 支持雙線圈傳感，分辨率最高 19 位，絕對精度 0.01 度（集成游標技術）

• 輸出接口：UART、ABI、Step-Dir、I2C

• 自動增益控制（AGC），補償氣隙變化

• 16 點線性化功能，提升精度

• 啟動時可直接獲取上電位置信息

• 支持旋轉（同軸 / 離軸）、弧形和線性檢測場景

• 電氣轉速可達 600K 轉 / 分，傳播延遲低于 100 納秒

RAA2P4200

面向醫療設備、電動工具等低速應用：

• 輸出接口：模擬信號、PWM、I2C

• 自動增益控制（AGC），補償氣隙變化

• 16 點線性化功能，提升精度

• 支持旋轉（同軸 / 離軸）、弧形和線性檢測場景

• 具備過壓、反極性和短路保護

完善設計流程

感應位置傳感器的設計通常涉及印刷電路板、帶無源元件的 IC，以及安裝在運動部件上的金屬靶標。其中最復雜的部分是外部傳感元件（如發射線圈和接收線圈），需精確配置以確保精度，并根據系統的機械和環境要求進行定制。

為此，Renesas 推出基于網頁的 “感應位置傳感器線圈優化工具”（Inductive Position Sensor Coil Optimizer）。該工具通過自動化線圈布局、仿真和調優，解決了設計難點，顯著降低開發者的學習門檻。工程師還可借助該工具獲取準確的性能估算，并通過優化線圈布局克服制造限制（圖 3）。

每款傳感器接口 IC 均配備詳盡全面的數據手冊（分別為 50 頁、43 頁和 35 頁）。對于需要快速上手的用戶，Renesas 將 RAA2P3226 與其他兼容器件組合，開發了兩套成熟的系統方案 —— 這些方案均由相互兼容的器件組成，經過技術驗證：小型無刷直流伺服系統和轉盤系統（圖 4）。有趣的是，這款尖端傳感器接口與 “老式” 唱機系統搭配使用 —— 而唱機如今正迎來一定程度的復興熱潮。