מערכת משוב-מקודד אופטי במהירות גבוהה עבור יישומי כונן מיקרו מנוע

מידע מדויק על סיבוב מנוע כגון מיקום, מהירות וכיוון חיוני לייצור כוננים ובקרים מדויקים עבור יישומים מתפתחים, כגון מכונות הרכבה המתקינות מיקרו-רכיבים על אזורי PCB עם שטח מוגבל. לאחרונה, הבקרה המוטורית החלה להצטמצם, מה שמאפשר יישומי רובוטיקה כירורגית חדשים בתעשיית הבריאות ויישומי מזל"טים חדשים בתעופה וחלל ובהגנה. בקרי מנוע קטנים יותר מניעים גם יישומים חדשים בהרכבה תעשייתית ומסחרית. עבור מעצבים, האתגר טמון בעמידה בדרישות הדיוק-הגבוהות של חיישני משוב מיקום ביישומים מהירים- תוך שילוב כל הרכיבים בתוך שטח PCB מוגבל להתקנה בתוך חבילות מיניאטוריות, כגון זרועות רובוטיות.

כל ערוץ של ה-ADC חייב לתמוך בדגימה סינכרונית כדי להשיג נקודות סינוס וקוסינוס בו-זמנית, שכן נקודות משולבות אלו מספקות מידע על מיקום הציר. תוצאות ההמרה של ADC נשלחות ל-ASIC או למיקרו-בקר. בקר המנוע בודק את מיקום המקודד במהלך כל מחזור PWM ומשתמש בנתונים אלה כדי להניע את המנוע בהתאם לפקודות שהתקבלו. בעבר, כדי להשתלב בשטח מוגבל בלוח, מתכנני מערכות היו צריכים להקריב או מהירות ADC או ספירת ערוצים.

ככל שהטכנולוגיה ממשיכה להתקדם, יישומי בקרת מנוע הדורשים זיהוי מיקום דיוק- גבוה כל הזמן מחדשים. הרזולוציה של מקודדים אופטיים עשויה להיקבע על פי מספר החריצים המצולמים היטב בדיסק, בדרך כלל נע בין מאות לאלפים. על ידי הזנת אותות סינוס וקוסינוס אלה ל-ADC-במהירות-גבוהות, ניתן ליצור מקודדים עם רזולוציה גבוהה יותר מבלי להידרש לשינויי מערכת בדיסק המקודד. לדוגמה, דגימת אותות הסינוס והקוסינוס של המקודד בקצב נמוך יותר לוכדת רק מספר מוגבל של ערכי אותות, כפי שמוצג באיור 3; זה מגביל את הדיוק של קיבול המיקום. באיור 3, דגימה בקצב גבוה יותר עם ה-ADC מאפשרת רכישה של ערכי אות מפורטים יותר, מה שמאפשר קביעת מיקום מדויקת יותר. קצב הדגימה המהיר{10} של ה-ADC תומך בדגימת יתר, משפר עוד יותר את ביצועי הרעש ומבטל כמה דרישות עיבוד דיגיטלי{11}. במקביל, ניתן להפחית את קצב נתוני הפלט של ה-ADC, כלומר הוא תומך באותות תדר טוריים איטיים יותר, ובכך מפשט את הממשק הדיגיטלי. מערכות משוב על מיקום המנוע מותקנות על מכלול המנוע, אשר ביישומים מסוימים עשוי להיות קומפקטי במיוחד. לכן, הגודל הוא קריטי להתאמת מודול המקודד לאזור ה-PCB המצומצם הזמין. שילוב רכיבי ערוצים מרובים בחבילה מיניאטורית אחת מציע חיסכון משמעותי במקום.

איור 4 ממחיש דוגמה לפתרון אופטימלי המתאים למערכות משוב מיקום מקודד אופטי. מעגל זה מתממשק בקלות עם מקודדים אופטיים- מוחלטים, ולאחר מכן לוכד בקלות את אותות הסינוס והקוסינוס הדיפרנציאליים מהמקודד. המגבר ADA4940-2 קדמי-הוא מגבר דו-ערוץ-עם רעש נמוך-דיפרנציאלי מלא המשמש להנעת ה-AD7380. האחרון הוא SAR ADC לדגימה סינכרונית של 4 MSPS כפול-, 16-bit, דיפרנציאלי מלא, המאוחסן בחבילה קומפקטית של 3 מ"מ × 3 מ"מ LFCSP. מקור מתח הייחוס של-שבב 2.5 וולט מאפשר ליישם את המעגל הזה עם מספר מינימלי של רכיבים. ה-VCC וה-VDRIVE של ה-ADC, יחד עם מסילות האספקה ​​של מנהל ההגברה, יכולים להיות מופעלים על ידי ווסתי LDO כגון LT3023 ו-LT3032. כאשר עיצובי ההתייחסות הללו מחוברים זה לזה (למשל, באמצעות מקודד אופטי של חריץ 1024- המייצר 1024 מחזורי סינוס וקוסינוס לכל מהפכת דיסק מקודד), ה-AD7380 של 16 סיביות דוגמת כל חריץ מקודד על פני 216 קודים, ומגדילה את הרזולוציה הכוללת של המקודד ל-26 סיביות. קצב התפוקה של 4 MSPS מבטיח לכידה של מידע מפורט על מחזורי הסינוס והקוסינוס יחד עם נתוני מיקום המקודד העדכניים ביותר. תפוקה גבוהה זו מאפשרת יישום של דגימת יתר על-שבב, ומפחיתה את עיכוב הזמן כאשר ה-ASIC הדיגיטלי או המיקרו-בקר מזין משוב מדויק על מיקום הקודד למנוע. יתרון נוסף של דגימת יתר על-שבב של AD7380 הוא הפוטנציאל להוסיף 2 ביטים נוספים של רזולוציה, שניתן לשלב עם תכונת שיפור הרזולוציה על-שבב. שיפור הרזולוציה הזה משפר עוד יותר את הדיוק, ומשיג עד 28 סיביות. הערת יישום AN-2003 מספק מידע מפורט על יכולות דגימת היתר ושיפור הרזולוציה של ה-AD7380.