用GreenPAK可配置混合信號IC設計非接觸式旋轉編碼器

2020-11-24 電子發燒友

用GreenPAK可配置混合信號IC設計非接觸式旋轉編碼器

Jozef Froniewski 發表於 2019-02-18 15:39:56

引言

本文介紹了如何採用Dialog GreenPAK 設計高可靠性旋轉開關或編碼器。該開關設計是非接觸式的，因此忽略了接觸氧化和磨損。該設計非常適用於戶外長期潮溼、灰塵、極端溫度等場景。

Dialog GreenPAK SLG46537：GreenPAK CMIC為該設計提供所有電路功能。它會生成一個信號（EVAL）以改善信噪比，接收來自旋轉開關的每個碼盤的輸入，並使用異步狀態機（ASM）解讀每個碼盤，以確保僅一個開關選擇。

設計概念

該設計通過計時工作。它產生一個時鐘（EVAL）信號，通過外部100kΩ電阻緩慢上拉每個碼盤（圖1）。EVAL信號電容耦合到中央遊標，它驅動所選碼盤的上升沿的速度，比所有其他碼盤的上升沿更快（圖1中 fast）。然後，GreenPAK異步狀態機（ASM）評估哪個上升沿最先到達，並鎖存結果。電容耦合設計的優點是其可靠性。無論編碼器是設計成電容性的，然後磨損至直接連接，還是設計成直接連接，然後降級（氧化）至電容性，它仍然可以工作。

圖1中的頂層原理圖顯示了連接到外部LED的輸出，作為演示。

圖1. 頂層應用原理圖

圖2是示波器捕獲圖，顯示了具有與其對應的選擇器遊標的碼盤的上升時間差異，對比其他未選擇的碼盤上升時間。Delta T為248nS，這超過GreenPAK異步狀態機（ASM）解析所需的餘量。ASM可以在1納秒內解析，其內部仲裁電路保證只有一個級有效。因此，任何時候只能記錄一個輸出。

圖2. 示波器捕獲圖顯示上升時間的差異

GreenPAK設計實現

圖3顯示了在GreenPAK可配置混合信號IC（CMIC）中配置的電路原理圖。

圖3. GreenPAK設計電路原理圖

為了節省功耗，EVAL信號以適合應用的響應時間的速率生成。使用低頻振蕩器並進一步用CNT2分頻。在這個例子中，大約是16Hz。請參見圖4中的配置設置。

圖4. 振蕩器配置設置

圖5異步狀態機（ASM）的狀態電路圖顯示了可能的狀態轉換。

圖5. 異步狀態機的狀態電路圖顯示了可能的狀態轉換

將EVAL短延遲的副本用作每個周期的ASM復位。這確保了我們始終從STATE0開始。在ASM復位狀態之後，每個碼盤處的ASM對EVAL信號進行監測。只有最早的上升沿才會導致狀態轉換出STATE0。由於只允許一個狀態轉換，因此來自其他碼盤的任何後續上升沿將被忽略。這也是取決於我們配置ASM的方式，如圖6所示，6個ASM輸出狀態中的每一個僅對應於一個碼盤。

DFF鎖存器保持ASM結果穩定，以便在ASM復位期間不會切換最終輸出。驅動開漏NMOS輸出引腳所需的極性，要求我們配置具有反相輸出的DFF。

圖6. 輸出連結矩陣

測試結果

下面的照片顯示了一個較粗糙的原型，功能完整且可正常運行。它也是低功耗的，GreenPAK測量僅5uA。

碼盤和遊標的布局做到最大化，以獲得最強的信號。該原型經測試發現不受強射頻幹擾影響，如大型螢光燈和5W 145MHz無線電。這可能是因為所有碼盤都在共模中接收幹擾。

可以排列布置一下碼盤和遊標尺寸，確保在任何位置都不會出現兩個碼盤同時與遊標重疊。這可能不是必需的，因為ASM仲裁電路僅允許其中一個狀態有效，即使有2個同時上升沿時亦如此。這是該設計穩健的另一個原因。電路板布局具有良好的靈敏度，與碼盤的互連跡線非常窄，並且長度相等，因此每個碼盤的總電容與其他碼盤一致。最終產品可能包括遊標的機械制動器，因此當它們位於每個位置中心時會「咔噠」一聲，並且提供良好的觸感。

總結

Dialog公司的GreenPAK CMIC為這款高可靠性旋轉開關提供低功耗、強大而完整的解決方案。它非常適用於需要穩定、長期運行的戶外定時器和控制器等應用。

　　作者：Jozef Froniewski，Dialog半導體公司應用工程師

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 旋轉編碼器的設計
    雖然光學編碼器和磁編碼器歷史悠久，而且基於看似「更具體」的物理概念，但是電容式編碼器亦是基於經過全面試驗的原理，並且已經通過多年來在現場的成功實際應用中得到證明。這種不同於運動感測的數字式交替方法提供了許多益處，為利用旋轉換向編碼器的設計人員提供了全新的智能水平。
  • 如何快速感測機械軸的旋轉?答案是「旋轉編碼器」
    諸如電位計和旋轉開關之類的模擬方法正在被可將旋轉運動直接數位化的旋轉編碼器所取代，但設計人員需要能夠理解各種編碼器類型之間的差異，並準確解析編碼器的數字輸出。 本文將介紹旋轉編碼器的作用及其工作原理。然後說明如何解析其信號，最後再介紹幾個編碼器解決方案及其實際應用。
  • 旋轉編碼器還可以這樣設計
    雖然光學編碼器和磁編碼器歷史悠久，而且基於看似「更具體」的物理概念，但是電容式編碼器亦是基於經過全面試驗的原理，並且已經通過多年來在現場的成功實際應用中得到證明。這種不同於運動感測的數字式交替方法提供了許多益處，為利用旋轉換向編碼器的設計人員提供了全新的智能水平。
  • 讓你腦洞大開的旋轉編碼器新設計
    一直以來編碼器用戶都不願意改變，因為一些聲稱可提供卓越性能和可靠性的創新電機控制技術，必須擁有出色的紀錄和往績來作為支持，才可以用於工作場地或工業裝置。雖然光學編碼器和磁編碼器歷史悠久，而且基於看似「更具體」的物理概念，但是電容式編碼器亦是基於經過全面試驗的原理，並且已經通過多年來在現場的成功實際應用中得到證明。
  • 你也許想不到,有一天旋轉編碼器還可以這樣設計
    雖然光學編碼器和磁編碼器歷史悠久，而且基於看似「更具體」的物理概念，但是電容式編碼器亦是基於經過全面試驗的原理，並且已經通過多年來在現場的成功實際應用中得到證明。這種不同於運動感測的數字式交替方法提供了許多益處，為利用旋轉換向編碼器的設計人員提供了全新的智能水平。
  • 旋轉編碼器原理
    根據檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。1.1增量式編碼器增量式編碼器是直接利用光電轉換原理輸出三組方波脈衝A、B和Z相；A、B兩組脈衝相位差90º，從而可方便地判斷出旋轉方向，而Z相為每轉一個脈衝，用於基準點定位。
  • 增量式編碼器原理
    本文轉載自【微信公眾號：機器人及PLC自動化應用，ID:ZS18943047820】經微信公眾號授權轉載，如需轉載與原文作者聯繫增量式編碼器：增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈衝，用脈衝的個數表示位移的大小，按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類
  • 基於ARM的旋轉編碼器採集模塊設計
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/271736.htm　　本文針對旋轉編碼器在工業現場中的應用，基於LPCI768硬體平臺，設計出一種旋轉編碼器採集模塊，該模塊內部具有高精度分析、整形、解碼電路，可同時對2路編碼器輸入信號進行分析、解碼。經過處理的旋轉信號通過高性能處理器進行採集及數字濾波。
  • 如何設計基於ARM的旋轉編碼器採集模塊?
    本文針對旋轉編碼器在工業現場中的應用，基於LPCI768硬體平臺，設計出一種旋轉編碼器採集模塊，該模塊內部具有高精度分析、整形、解碼電路，可同時對2路編碼器輸入信號進行分析、解碼。經過處理的旋轉信號通過高性能處理器進行採集及數字濾波。
  • 霍爾式膠印機旋轉編碼器設計
    分析膠印機的功能和機械傳動系統發現，膠印機的合壓、打碼、撥碼、噴粉和雙迴轉功能屬順序控制，可通過檢測收紙輥的旋轉角度，實現程序控制。考慮到膠印機存在油、墨、水和落塵汙染，又屬連續運行的苛刻應用環境，磁敏型傳感器較為適合，但對控制工位相對少的膠印機來說，選用磁旋轉編碼器又顯得價格昂貴。
  • 電容傳感器容柵旋轉編碼器原理及應用
    一、前言以旋轉容柵編碼器為例，簡述容柵傳感器的測量原理及其結構，分析容柵自身以及容柵晶片的特點，通過機械機構設計和容柵編碼器後續電路設計在線位移測量時，解析度為2mm時，量程可達到20m，在角位移測量時，解析度為0.1°時，量程為4096圈。其測量速度也比較高，測量線速度可達到1.5m/s。2、容柵測量屬非接觸式測量，因此容柵傳感器具有非接觸傳感器的優點，諸如測量時摩擦阻力可以減到最小，不會因為測量部件的表面磨損而導致測量精度下降。
  • 乾貨 旋轉編碼器精華解讀,不信你都知道
    旋轉編碼器（rotary encoder）也稱為軸編碼器，是將旋轉位置或旋轉量轉換成模擬或數位訊號的機電設備。一般裝設在旋轉物體中垂直旋轉軸的一面。旋轉編碼器用在許多需要精確旋轉位置及速度的場合，如工業控制、機器人技術、專用鏡頭、計算機輸入設備（如滑鼠及軌跡球）等。
  • iC-MHL200:12 位通用型磁定位編碼器 iC
    iC-MHL200 是線性和角度磁編碼器應用的集成系統解決方案。配備一個磁尺或磁極轉子等目標，即可組成一個結實耐用的通用型線性或角度增量式編碼器。　　晶片收納於 TSSOP20 封裝內，包含一個可適應目標的 2 毫米磁極間距的線性霍爾傳感器陣列。內部信號放大控制彌補了因溫度和作業間隙的變化而引起的傳感器信號偏差。
  • 旋轉編碼器原理/安裝
    旋轉編碼器是一種基於電磁感應原理的精密測量角位移的傳感器，轉子和定子中均有繞組。若在轉子繞組中通上正弦激磁電流，則轉子在定子繞組中感應出同頻率的電壓，但相位或幅值隨轉子和定子的相對位移而變化。感應電壓經鑑相或鑑幅並經A/D轉換等電子線路的處理，輸出若干位的數位訊號(絕對值型)，或輸出具有一定相位差及頻率差的多相脈衝或正弦信號。
  • 旋轉編碼器在線速度檢測控制中的應用
    實際應用中，將其與一加工精度極高、周長為500 mm的旋轉編碼器測量主動輪與旋轉編碼器同軸安裝，主動輪與電纜接觸。在電纜生產運動過程中，依靠摩擦力拉動測量輪旋轉，這樣就把電纜的直線位移(長度)轉化為旋轉編碼器的脈衝數位訊號輸出。
  • iC-Haus推出帶有多圈接口的14位BiSS/SSI磁編碼器IC
    導讀絕對式霍爾角度編碼器 iC-MHM 是一種單晶片磁編碼器，具有 360° 全方位 14 位單圈解析度(0.02° 的角解析度)。該編碼器在與連接到 iC-MHM 多圈接口上的多圈編碼器組件 iC-PV 聯用時，可獲得高達 46 位的總解析度。
  • 編碼器元件及其應用
    編碼器元件是一種可替代炭膜電位器的新型數字式電子元件，有著良好的市場應用前景和發展空間。廣泛應用於家用電器、汽車音響、通訊設備、多媒體、音響、儀器儀表設備、數控工具機、醫療設備、工程機械、航空航天設備、智能控制、物聯網終端設備等，具有極大推廣應用的價值。
  • 盤點旋轉編碼器常見的故障及解決方法
    關於旋轉編碼器，是屬於一種編碼器當中的一種類型，這是一種光電式旋轉測量裝置，他將被測的角位移直接轉換成數位訊號，即高速脈衝信號。下面將盤點一下那些旋轉編碼器常見的故障並進行解答。解決方案：如果旋轉編碼器出現這種情況，解決的辦法是更換編碼器。 旋轉編碼器在旋轉過程中有時會出現漏檢測的現象 像這種問題大部份是軟體問題造成的，一般是MCU查詢檢測的時間較長，扭太快會導致漏檢測，解決的方法是縮短查詢檢測時間間隔。
  • 有高精度絕對讀數的低成本旋轉編碼器
    旋轉編碼器通常用於帶伺服反饋的定位系統，這種情況下，編碼器的成本一般並不重要。但編碼器也會用於對某些用戶界面上旋鈕位置的編碼，例如音頻系統上的音量旋鈕。
  • 基於單片機與旋轉編碼器的閉環線速度控制系統
    成纜工藝參數的穩定，直接關係到　　該項目中，採用的旋轉編碼器的型號是TRDJ1000系列實際應用中，將其與一加工精度極高、周長為500 mm的旋轉編碼器測量主動輪與旋轉編碼器同軸安裝，主動輪與電纜接觸。在電纜生產運動過程中，依靠摩擦力拉動測量輪旋轉，這樣就把電纜的直線位移(長度)轉化為旋轉編碼器的脈衝數位訊號輸出。