Visok{0}}hitrostni povratni sistem optičnega kodirnika za aplikacije mikromotornih pogonov

Natančne informacije o vrtenju motorja, kot so položaj, hitrost in smer, so bistvenega pomena za izdelavo natančnih pogonov in krmilnikov za nastajajoče aplikacije, kot so stroji za sestavljanje, ki montirajo mikro-komponente na območja PCB z omejenim prostorom. Pred kratkim se je nadzor motorjev začel pomanjševati, kar omogoča nove kirurške robotske aplikacije v zdravstveni industriji in nove aplikacije brezpilotnih letal v vesolju in obrambi. Manjši krmilniki motorjev spodbujajo tudi nove aplikacije v industrijskem in komercialnem sestavljanju. Za načrtovalce je izziv izpolnjevanje visoko-zahtev glede natančnosti senzorjev s povratnimi informacijami o položaju v{-hitrostnih aplikacijah ob integraciji vseh komponent znotraj omejenega prostora tiskanega vezja za namestitev v miniaturne pakete, kot so robotske roke.

Vsak kanal ADC mora podpirati sinhrono vzorčenje za hkratno pridobivanje sinusnih in kosinusnih podatkovnih točk, saj te združene točke zagotavljajo informacije o položaju osi. Rezultati pretvorbe ADC se pošljejo v ASIC ali mikrokrmilnik. Krmilnik motorja preveri položaj kodirnika med vsakim ciklom PWM in te podatke uporabi za pogon motorja v skladu s prejetimi ukazi. V preteklosti so morali načrtovalci sistemov za integracijo v omejen prostor na plošči žrtvovati bodisi hitrost ADC bodisi število kanalov.

Ker tehnologija še naprej napreduje, so aplikacije za krmiljenje motorjev, ki zahtevajo visoko{0}}natančno zaznavanje položaja, nenehno inovativne. Ločljivost optičnih kodirnikov je lahko določena s številom fino fotolitografiranih rež na disku, ki se običajno gibljejo od sto do tisoč. Z dovajanjem teh sinusnih in kosinusnih signalov v visoko-hitrostne, visoko-zmogljive ADC-je je mogoče ustvariti kodirnike z višjo ločljivostjo, ne da bi zahtevali sistemske spremembe na disku kodirnika. Na primer, vzorčenje sinusnih in kosinusnih signalov kodirnika pri nižji hitrosti zajame le omejeno število vrednosti signala, kot je prikazano na sliki 3; to omejuje natančnost kapacitivnosti položaja. Na sliki 3 vzorčenje pri višji hitrosti z ADC omogoča pridobitev podrobnejših vrednosti signala, kar omogoča natančnejšo določitev položaja. Visoko{10}}hitrost vzorčenja ADC-ja podpira prekomerno vzorčenje, s čimer se dodatno izboljša zmogljivost hrupa in odpravijo nekatere zahteve po digitalni{11}}obdelavi. Hkrati je mogoče zmanjšati izhodno podatkovno hitrost ADC-ja, kar pomeni, da podpira počasnejše serijske frekvenčne signale in s tem poenostavi digitalni vmesnik. Sistemi povratnih informacij o položaju motorja so nameščeni na sklop motorja, ki je v nekaterih aplikacijah lahko izjemno kompakten. Zato je velikost ključnega pomena za namestitev modula kodirnika na omejeno razpoložljivo območje PCB. Integracija večkanalnih komponent znotraj enega samega miniaturnega paketa nudi znatne prihranke prostora.

Slika 4 prikazuje primer optimizirane rešitve, primerne za sisteme povratnih informacij o položaju optičnega kodirnika. To vezje se preprosto poveže z optičnimi kodirniki-tipa absolutnega tipa, nato pa zlahka zajame diferencialne sinusne in kosinusne signale iz kodirnika. Sprednji-ojačevalnik ADA4940{5}}2 je dvo{7}}kanalni, popolnoma diferencialni ojačevalnik z nizkim-šumom, ki se uporablja za pogon AD7380. Slednji je dvo-kanalni, 16-bitni, popolnoma diferencialni, 4 MSPS sinhroni vzorčni SAR ADC, nameščen v kompaktnem ohišju LFCSP 3 mm × 3 mm. Vir referenčne napetosti 2,5 V na-čipu omogoča izvedbo tega vezja z minimalnim številom komponent. VCC in VDRIVE ADC-ja, skupaj z napajalnimi tirnicami gonilnika ojačevalnika, lahko napajajo LDO regulatorji, kot sta LT3023 in LT3032. Ko so te referenčne zasnove med seboj povezane (npr. z uporabo optičnega kodirnika s 1024-režami, ki generira 1024 sinusnih in kosinusnih ciklov na vrtljaj diska kodirnika), 16-bitni AD7380 vzorči vsako režo kodirnika v 216 kodah, s čimer se poveča skupna ločljivost kodirnika na 26 bitov. Pretočna hitrost 4 MSPS zagotavlja zajem podrobnih informacij o sinusnem in kosinusnem ciklu skupaj z najnovejšimi podatki o položaju kodirnika. Ta visoka prepustnost omogoča izvedbo nadvzorčenja na čipu, kar zmanjša časovni zamik, ko digitalni ASIC ali mikrokrmilnik posreduje motorju natančne povratne informacije o položaju kodirnika. Druga prednost nadvzorčenja na čipu AD7380 je možnost dodajanja dodatnih 2 bitov ločljivosti, ki ju je mogoče kombinirati s funkcijo izboljšave ločljivosti na čipu. Ta izboljšava ločljivosti dodatno izboljša natančnost in doseže do 28 bitov. Opomba o uporabi AN-2003 ponuja podrobne informacije o zmogljivostih nadvzorčenja in izboljšave ločljivosti AD7380.