產品簡述

MS41959 是一款四通道步進電機驅動芯片，其中兩個通

道為 12V 電壓驅動，另兩個通道為 5V 電壓驅動，總共可以同

時驅動四個通道的步進電機。通過具有電流細分的電壓驅動方

式以及扭矩紋波修正技術，實現超低噪聲微步進電機驅動。

芯片另外內置一個 5V 直流電機驅動器。

主要特點

?電壓驅動方式，256 細分微步進驅動電路（四通道八個 H

橋）：12V 驅動的每個 H 橋最大驅動電流±1.0A，5V 驅動

每個 H 橋最大驅動電流±0.8A

?四線串行總線通信控制電機

?負載電壓范圍：

12V 通道：2.7V~15V

5V 通道：4.5V~5.5V

?內置直流電機驅動，最大驅動電流±0.5A

?QFN48 封裝（背部散熱片）

應用

?機器人，精密工業設備

?攝像機

?監控攝像機

?云臺

產品規格分類

管腳圖

管腳說明

如有需求請聯系——三亞微科技 王子文（16620966594）

內部框圖

極限參數

絕對最大額定值

芯片使用中，任何超過極限參數的應用方式會對器件造成永久的損壞，芯片長時間處于極限工作

狀態可能會影響器件的可靠性。極限參數只是由一系列極端測試得出，并不代表芯片可以正常工作在

此極限條件下。

注： 1. 絕對最大額定值，是指在容損范圍內使用的場合。

2. 容損值，是指在Ta = 85°C時封裝單體的值。實際使用時，希望在參考技術資料和PD – Ta特性圖的基

礎上，依據電源電壓、負荷、環境溫度條件，進行不超過容損值的散熱設計。

3. 容損值，工作環境溫度，以及存儲溫度的項目以外，所有溫度為 Ta = 25°C。

4. 輸入電壓(DVDD+0.3)電壓不可超過6.0V。

5. 測試條件：A通道正弦波峰值880mA，B通道正弦波峰值840mA,C通道正弦波峰值180mA，D通道正弦

波峰值220mA。

6. C，D通道內阻較大，C通道單獨工作最大正弦波峰值電流不超過900mA，C，D通道同時工作時每個

通道電流不超過600mA。

工作電源電壓范圍

注：使用中每個電源需要供電，否則會觸發欠壓保護，芯片停止工作。DVDD 一般情況下為 5V 供電，

如果使用 3.3V 供電，OSC 系統時鐘最高頻率 20MHz，推薦使用 16MHz。

端子容許電流電壓范圍

注意：—容許端子電流電壓范圍，是指不任何情況下不允許超過這個電氣參數范圍。

—額定電壓值，是指對 GND 的各端子的電壓。GND 是指 AGND、DGND、MGNDx 的電壓。

—5V 電源，是指 DVDD，AVDD 的電壓。

—在下面沒有記述的端子以外，嚴禁從外界輸入電壓和電流。

—關于電流，“+”表示流向 IC 的電流，“-”表示從 IC 流出的電流。

注：(DVDD + 0.3) 電壓不可超過5.5V。

電氣參數

MVCCA=MVCCB=12V, MVCCC=MCVCCD=MVCCE=5V, AVDD=3.3V, DVDD=5V

注意：沒有特別規定，環境溫度為 Ta = 25°C ±2°C。

如有需求請聯系——三亞微科技 王子文（16620966594）

功能描述

1. 串行接口

注：1. 讀寫模式中，每個周期 CS 默認都是從 0 開始的。

2. 寫模式時，必須從 OSCIN 端輸入系統時鐘。

電氣參數（設計參考值）

MVCCx = 5V, DVDD = 5V, AVDD = 3.3V

注意：沒有特別規定，環境溫度為 Ta = 25°C ±2°C。本特性為設計參考值，僅供參考。

1.1 串行口輸入

1. 數據轉換在 CS 的上升沿開始，在 CS 的下降沿停止。

2. 一次轉換的數據流單位是 24 位。

3. 從 SIN 引腳輸入地址和數據時，在 CS = 1 的條件下，時鐘信號 SCK 保持一致。

4. 在 SCK 信號的上升沿，數據被打入 IC。同時，數據輸出時，在 SOUT 引腳讀出（數據在 SCK 的上升

沿輸出）。

5. 當 CS=0 時，SOUT 輸出高阻態。并且當 CS=1 時，輸出“0”除非有數據讀出。

6. 當 CS=0 時，復位整個串行接口控制。

1.2 數據格式

C0：寄存器讀寫選擇： 0：寫模式；1：讀模式

C1：不使用

A5~A0：寄存器地址

D15~D0：寫入寄存器的數據

1.3 寄存器分布圖

1.4 寄存器列表

1.5 寄存器建立時刻

* 0→1：起作用于DT1x ；1→0:起作用于DT2x

原則上來說，用于細分步進的寄存器的建立，應該在起始點延時的這段時間段執行完（參考17頁

圖）。在起始點延時這段時間外，寫入的數據也能被存入寄存器。然而，如果寫操作在刷新時間后繼

續執行的話，好比在起始點激勵延時的最后，建立刷新時刻不會在計劃的時刻有效。舉例說明：如果

在起始點激勵延時后更新的數據1? 4如下圖一樣被寫入，數據1和2在a時刻立即被更新，數據3和4在b

時刻被更新。即使數據是連續寫入的，更新的時間間隔了1個VFx的周期。

由于上述原因，為了數據及時更新，寄存器數據的建立需要在起始點延時的這段時間段執行完。

2. VFx信號內部處理

這個系統中，步進電機的反應時間和旋轉時間分別基于VFx的上升沿。VFx的極性能通過下面的寄

存器設置。

寄存器細節描述

MODESEL_FZ （VFx 極性選擇）

MODESEL_FZ設置輸入IC內部的VFx的極性。

當設置為“0”，極性基于VFx的上升沿。當設置為“1”，極性基于VFx的下降沿。

MODESEL_FZ選擇輸入VFx的極性。當MODESEL_FZ的翻轉時刻，如下圖所示，內部會產生一個VFx信

號，此時刻與VFx的邊沿無關。

3. 步進電機細分步進驅動

3.1 模塊框圖

上圖中模塊是一個步進電機驅動內部示意圖。下面的一些設置可以用來執行一系列的控制。

（下面是對 A 通道步進電機：H 橋驅動器 α/β 的描述。通道 B，C，D 與通道 A 電機執行一樣的算法）

主要的設置參數：

相位矯正：驅動器 α 和驅動器 β 的相位差目標在 90°；

可以實現-22.5°? +21.8°的相位修正 。 ——>PHMODx[5:0]

幅度設置：能獨立設置驅動器 α/β 的負載驅動電流 ——>PPWAα[7:0],PPWAβ[7:0]

PWM 頻率：驅動器輸出的 PWM 波頻率設置 ——>PWMMODEAB[4:0],PWMRESAB[1:0]

微步進分頻數：微步數能設置成 64,128 和 256 微步進模式 ——>MICROAB[1:0]

步進周期：電機旋轉速度設置。

電機旋轉速度與正弦波的的微步進模式無關 ——>INTCTA[15:0]

3.2 相關設置的建立時刻

建立時刻和相關時間如下所示

地址 07h 到 0Ah 的設置同 02h 到 05h 的設置相同，所以 07h 到 0Ah 的描述就省略了。如果相關寄

存器被刷新，則每一個 VF 周期來到時，會實現一次設置的加載刷新。當同樣的設置被執行時超過 2 個

VF 脈沖時，沒有必要在每個 VF 脈沖都寫入寄存器數據。

DT1AB[7:0]（起始點延時，地址 20h）

更新數據時間設置。在系統硬件復位后（48 引腳 RSTB：低→高），開始激勵和驅動電機前

（DT1AB 結束），必須設置此項。

由于這個設置在每次 VF 脈沖來到時更新，沒有必要一定在起始點延遲時間段內寫入。

PWMMODEAB[4:0],PWMRESAB[1:0]（微步進輸出 PWM 波頻率，地址 20h）

設置微步進輸出 PWM 波頻率。需要在開始激勵和驅動電機前設置執行（DT1AB 結束）。

DT2A[7:0]（起始點激勵延時，地址 22h）

更新數據時間設置。復位后（48 引腳 RSTB：低→高），需要在開始激勵和驅動電機前被設置執行

（DT1AB 結束）。

PHMODA[5:0]（相位矯正，地址 22h）

通過矯正線圈 α 和 β 的相位差，驅動器產生的噪聲會減少。合適的相位矯正必須依據于電機的旋

轉方向和速度，此設置需要隨著旋轉方向 (CCWCWA)或者旋轉速度 (INTCTA)的變化而改變。

PPWAα[7:0],PPWAβ[7:0]（峰值脈沖寬度，地址 23h）

設置 PWM 最大占空比。設置需要在開始激勵和驅動電機前被設置執行（DT1AB 結束）。

PSUMA[7:0]（步進電機步進數，地址 24h）

1 個 VFx 的時間間隔內的電機的轉動次數設置。

每次 VFx 脈沖輸入時，電機轉動所設置的次數。因此，設置次數為“0”是可以停止電機的轉動。當

設置的轉動次數總額超過了 1 個 VFx 脈沖的時間，超出部分會被取消。

CCWCWA（轉動方向，地址 24h）

電機轉動方向設置，只要在選擇轉動方向前設置即可。

BRAKEA(電機剎車設置，地址 24h）

剎車時設置電流為 0。由于執行此設置時，很難得到電機的最終位置，所以此設置一般用于立即

停止電機。

ENDISA（電機工作 Enable/Disable，地址 24h）

設置電機工作使能。當設置為不使能時，電機引腳輸出高阻態，電機正在轉動時不要設置成

disable。

MICROA[1:0]（正弦波分頻數，地址 24h）

設置正弦波的分頻數。這個設置不改變轉動次數和轉動速度。只有當轉速達不到要求時，才需要

設置此項。復位后（48 引腳 RSTB：低→高），設置有效。

INTCTA[15:0]（脈沖周期，地址 25h）

脈沖周期設置。轉動速度決定于這個設置。

3.4 寄存器細節描述

注：（1） 通道 AB 與 CD 是設置是一樣的，只是寄存器的地址分別是 0Xh 與 2Xh 的區別，CD 通道

不做重復描述，如 DT1AB 做了描述，DT1CD 沒有描述。

（2）通道 A 與通道 B 為鏡像通道，同名寄存器如 PPWAα 與 PPWBα，DT2A 與 DT2B 設置方法也一

致，也不做重復描述。

DT1AB[7:0]（A 與 B 通道電機起始點等待時間）

DT1CD[7:0]（C 與 D 通道電機起始點等待時間）

DT1AB[7:0]設置數據寫入系統的延時時間（起始點等待時間）

電機可以精確地在起始點等待時間從“1”到“0”翻轉后被激活。起始點等待時間從視頻同步信號

(VFx)的上升沿開始計算。

由于起始點延時時間是主要是用來等待串行數據的寫入。應該設置寄存器值大于“0”，如果是“0”

的話，相應的數據不能更新。

DT2A[7:0]和 DT2B[7:0]設置通道 A 電機和通道 B 電機開始轉動前的等待延遲時間。

在起始點激勵等待時間從“1”到“0”翻轉后，電機開始轉動。起始點激勵等待時間是在起始點等待

時間結束時刻開始計算。

這個信號是 A，B 通道的單獨延遲。應該設置寄存器值大于“0”，如果是“0”的話，相應的數據不能

更新。

PWMMODEAB[4:0]通過設置系統時鐘 OSCIN 的分頻數來設置微步進輸出 PWM 的頻率。

PWMMODEAB[4:0]能在 1?31 的范圍內設置，PWM 波的頻率在 PWMMODE = 0 和 PWMMODE = 1

時候的取值是一樣的。

PWMRESAB[1:0]與 PWMMODEAB[4:0]一起決定 PWM 頻率

PWM 頻率由下面的式子進行計算

PWM 頻率 = OSCIN 頻率 / ((PWMMODE × 23 ) × 2PWMRES)

PHMODD[5:0]（D 通道電機相位矯正）

通道 A 步進電機的 α 相 H 橋電流和 β 相 H 橋電流的相位差由 PHMODA[5:0]設置。默認為 90°，設

置 1 個單位為 0.7°，同時數據可以取正反偏差。

步進電機兩相線圈之間的相位差一般為 90°。但是，因為電機的不同或者工藝偏差，相位差也會

偏移出 90°。因此，即使驅動波形電流的相位差 90°，但是電機本身不是相差 90°，也會產生轉矩紋

波，噪聲還是存在的。

這個設置主要是減少由于電機變化時產生的轉矩紋波。

PPWAx[7:0]到 PPWDx[7:0]設置 PWM 波的最大占空比，決定驅動器 A 到 D 兩相輸出電流峰值的位置。

最大占空比由下式進行計算：

驅動器 X 最大占空比 = PPWxx/ (PWMMODExx × 8)

當 PPWxx = 0，線圈電流為 0。

舉例，當 PPWAx[7:0] = 200，PWMMODEAB[4:0] = 28，最大占空比為：

200 / (28 × 8) = 0.89

根據 PWMMODExx 和 PPWxx 的值，最大占空比可能超過 100%，

實際中，PWM 中占空比當然不可能超過 100% ，正弦波峰值點會被削去如下圖所示：

舉例說明，當 PWMMODExx = 10，PPWxx = 96，

最大占空比 = 90/(10 × 8) = 120%

目標電流的波形如下顯示：

只要 PWM 波最大占空比設置不為“0”，當 PSUMx[7:0]=0 時，電機都可以保持在釋放時狀態。

一個實例來看此設定的意義：

當 PSUMA[7:0]=8 被設定，在 64 細分模式下運行 2x8=16 步，即 16/64=1/4 個 sin 周期。同理，在

128 與 256 細分模式下，同樣是 1/4 個正弦波周期。

ENDISA 和 ENDISB 分別設置通道 A 電機和通道 B 電機的輸出控制。

當 ENDISx = 0 時輸出高阻態。然而，內部的激勵位置計數器在 ENDISxx = 0 仍然保持計數。因此，

當在正常狀態下想要停止電機，設置 PSUMx[7:0] = 0，而不是設置 ENDISx = 0。

當 INTCTA[15:0]=0，只要 PWM 最大占空比不為 0，電機就保持在釋放時狀態。

舉例說明：當 INTCTA[15:0]=400 時，64 細分下每步周期：

12×400/27MHz=0.178ms

因此，每個正弦波周期為 0.178x64=11.4ms (87.9Hz)；同樣計算，128 細分與 256 細分下也為 11.4ms。

典型應用電路圖

1. MS41959 具有背部散熱 PAD，大功率應用時必須接地。

2. 在 OSCIN 管腳(PIN41) 與 OSCOUT(PIN42) 之間，內置放大電路與 SMIT 電路，所以 OSCIN 與 OSCOUT

之間可以使用低成本的無源晶振；也可以在 OSCIN 管腳接有源晶振的輸出（OSCOUT 懸空），或者其

他 MCU 的 CLK 輸出。直流輸入與交流輸入幅度要求有差異。

——愛研究芯片的小王

審核編輯 黃宇