巨磁阻（GMR）磁编码器以其独特的优点，在近两年的产品应用上十分流行。它体积小巧、安装方便、分辨率高、不受灰尘油渍影响、可非接触安装、便于与电机集成一体实现伺服控制。相较于光电编码器，GMR磁编码器的寿命几乎无限长，没有红外二极管的光衰对寿命造成影响。另外光电编码器内部需要高精度光栅，对生产的安装精度、洁净度、器件质量有严格的要求。而磁编码器在这方面则宽松了很多，只要强磁与芯片的同心度不是太差、间隔不是太远，都能良好的输出信号。
本文主要以 TLE5012B、MA730、AS5047P/D、AS5048A/B 这几款常用的GMR磁编码器的数据手册为参考资料，详细讲解GMR磁编码器的原理、安装、输出方式、注意事项。
1. GMR磁编码器的原理
磁编码器的主要组成部分有：GMR巨磁阻芯片、径向充磁强磁。
径向充磁强磁与输出轴同轴旋转，GMR传感器就位于强磁的垂直上方不远处。
GMR巨磁阻芯片内部主要由这几部分组成：GMR巨磁阻传感器、ADC模/数转换单元、AGC自动增益单元、ATAN2方向角运算单元、插补、误差补偿、外部输出总线。
巨磁阻（GMR）传感器使用垂直整合集成在一起，这意味着，对GMR敏感的区域被集中在器件的逻辑部分上方，它们的电阻取决于磁场的方向的变化。
四个单独的GMR元件连接成一个惠斯通电桥。 这些GMR元件可感测所施加磁场的两个分量之一：
•X分量，Vx（余弦）或
•Y分量，Vy（正弦）
采用这种全桥结构，可获得最大的GMR信号，并且抵消彼此的温度效应。
径向充磁磁铁在元件上方旋转，两组电桥便会产生相位相差90°的正弦波输出。之后ADC采样两个惠斯通电桥的输出，进行数字量化。
最后使用三角函数ARCTAN2，进行方位角运算，便可从传感器电桥的原始X和Y信号中，计算出真实的360°旋转角度值。
2. GMR磁编码器的安装方式
2.1 机电一体安装（紧凑型伺服电机）
将GMR磁编码器、电源、MCU、电机驱动控制电路 设计在同一块PCB，安装散热外壳，留出外部供电和通信控制接口。便成为了一款紧凑型伺服电机的模板。
2.2 机电分体安装（电机+控制器分体）
根据电机的多余孔位，设计PCB，将GMR磁编码器、接插件焊接在上面。电源、MCU、电机驱动控制电路 通过 外部连线与之连接。
此模式适用于传统伺服电机+控制器分体的设计，不过如果磁编码器与控制器的总线传输距离过长，需要增加差分芯片，将信号转换为差分传输。（或者板载MCU，转换为485/CAN这类总线，用报文通信）
3. GMR磁编码器输出信号的形式、选型
输出的信号通常有 ABZ正交编码、Step/Direction 步进脉冲/方向、UVW、PWM、模拟量 这些常用形式，也有IIC、SPI这些总线接口，可根据项目需求去选择对应型号。
由于磁编码器的分辨率较高，而且一般不经过减速器，直接与电机同轴安装，所以传统接口很难满足高速电机的需求，而IIC、SPI总线的形式在这方面较为灵活，也有利于后期的误差校准、角度的快速定位。
以前写过两篇磁编码器的选型，希望对各位有帮助：
AS5047、AS5048、AS5600、TLE5012、MA730对比
AS5047与AS5048的区别
4. 注意事项
强磁一定要用径向充磁的。
充磁方向主要有两种：轴向充磁、径向充磁。买前一定要向店家问清楚。
强磁与GMR磁编码器芯片不能靠的太远。
只要不是特别远，内部AGC都可以靠自动增益来补偿距离的影响。但太远会引入过多的外部干扰，导致输出信号不准确。
一般选用直径在6-8mm的径向充磁 铁钕硼强磁，磁体与GMR传感器的距离一般为 0.5~3mm。同轴偏心控制在1mm以内。
巨磁阻（GMR）磁编码器以其独特的优点，在近两年的产品应用上十分流行。它体积小巧、安装方便、分辨率高、不受灰尘油渍影响、可非接触安装、便于与电机集成一体实现伺服控制。相较于光电编码器，GMR磁编码器的寿命几乎无限长，没有红外二极管的光衰对寿命造成影响。另外光电编码器内部需要高精度光栅，对生产的安装精度、洁净度、器件质量有严格的要求。而磁编码器在这方面则宽松了很多，只要强磁与芯片的同心度不是太差、间隔不是太远，都能良好的输出信号。
本文主要以 TLE5012B、MA730、AS5047P/D、AS5048A/B 这几款常用的GMR磁编码器的数据手册为参考资料，详细讲解GMR磁编码器的原理、安装、输出方式、注意事项。
1. GMR磁编码器的原理
磁编码器的主要组成部分有：GMR巨磁阻芯片、径向充磁强磁。
径向充磁强磁与输出轴同轴旋转，GMR传感器就位于强磁的垂直上方不远处。
GMR巨磁阻芯片内部主要由这几部分组成：GMR巨磁阻传感器、ADC模/数转换单元、AGC自动增益单元、ATAN2方向角运算单元、插补、误差补偿、外部输出总线。
巨磁阻（GMR）传感器使用垂直整合集成在一起，这意味着，对GMR敏感的区域被集中在器件的逻辑部分上方，它们的电阻取决于磁场的方向的变化。
四个单独的GMR元件连接成一个惠斯通电桥。 这些GMR元件可感测所施加磁场的两个分量之一：
•X分量，Vx（余弦）或
•Y分量，Vy（正弦）
采用这种全桥结构，可获得最大的GMR信号，并且抵消彼此的温度效应。
径向充磁磁铁在元件上方旋转，两组电桥便会产生相位相差90°的正弦波输出。之后ADC采样两个惠斯通电桥的输出，进行数字量化。
最后使用三角函数ARCTAN2，进行方位角运算，便可从传感器电桥的原始X和Y信号中，计算出真实的360°旋转角度值。
2. GMR磁编码器的安装方式
2.1 机电一体安装（紧凑型伺服电机）
将GMR磁编码器、电源、MCU、电机驱动控制电路 设计在同一块PCB，安装散热外壳，留出外部供电和通信控制接口。便成为了一款紧凑型伺服电机的模板。
2.2 机电分体安装（电机+控制器分体）
根据电机的多余孔位，设计PCB，将GMR磁编码器、接插件焊接在上面。电源、MCU、电机驱动控制电路 通过 外部连线与之连接。
此模式适用于传统伺服电机+控制器分体的设计，不过如果磁编码器与控制器的总线传输距离过长，需要增加差分芯片，将信号转换为差分传输。（或者板载MCU，转换为485/CAN这类总线，用报文通信）
3. GMR磁编码器输出信号的形式、选型
输出的信号通常有 ABZ正交编码、Step/Direction 步进脉冲/方向、UVW、PWM、模拟量 这些常用形式，也有IIC、SPI这些总线接口，可根据项目需求去选择对应型号。
由于磁编码器的分辨率较高，而且一般不经过减速器，直接与电机同轴安装，所以传统接口很难满足高速电机的需求，而IIC、SPI总线的形式在这方面较为灵活，也有利于后期的误差校准、角度的快速定位。
以前写过两篇磁编码器的选型，希望对各位有帮助：
AS5047、AS5048、AS5600、TLE5012、MA730对比
AS5047与AS5048的区别
4. 注意事项
强磁一定要用径向充磁的。
充磁方向主要有两种：轴向充磁、径向充磁。买前一定要向店家问清楚。
强磁与GMR磁编码器芯片不能靠的太远。
只要不是特别远，内部AGC都可以靠自动增益来补偿距离的影响。但太远会引入过多的外部干扰，导致输出信号不准确。
一般选用直径在6-8mm的径向充磁 铁钕硼强磁，磁体与GMR传感器的距离一般为 0.5~3mm。同轴偏心控制在1mm以内。
举报
