Encoder-IC Genauer Messen dank schneller Interpolation

Selbstkalibrierender Encoder-IC für Sinus- und Cosinus-förmige Sensorsignale.
Selbstkalibrierender Encoder-IC für Sinus- und Cosinus-förmige Sensorsignale.

Um Signale von magnetischen und optischen Sensoren, die Sinus- und Cosinus-förmige Signale erzeugen, nahezu verzögerungsfrei auszuwerten hat IC-Haus einen Encoder-IC mit 10-bit-Umsetzer und automatischer Signalkorrektur entwickelt.

Der Encoder iC-TW28 von IC-Haus verfügt über eine Eingangsstufe mit drei Kanälen, die mit programmierbaren Differenzverstärkern ausgerüstet sind, um typische Sinus- und Cosinus-förmige Signale von Magnetsensoren mit 50 mV oder Sensoren mit 1 Vss zu verarbeiten. Der Schaltkreis stellt sich automatisch – auch im Indexkanal – auf die am Eingang angebotenen Signale ein. Als Sensoren können magnetfeldabhängige Widerstände – MR (Magnetoresistance), GMR (Giant Magnetoresistance), TMR (Tunnel Magnetoresistance) – sowie lineare oder schaltende Hall-Sensoren an den Encoder-Eingang angeschlossen werden.

Die im IC integrierten AD-Umsetzer können Eingangssignale bis 700 kHz verarbeiten, was sehr hohe Dreh- oder Lineargeschwindigkeiten bei Positionsmessungen erlaubt. Dabei sorgen die implementierten Algorithmen und Filter für eine konstante Latenzzeit von nur 1,5 µs, beziehungsweise von nur 600 ns mit optionaler Laufzeitkorrektur.

Statt der Standard-Quadratursignale (ABZ) kann der Encoder iC-TW28 optional Signale zur Kommutierung von Motoren (UVW) ausgeben – mit einstellbarer Pulszahl, für Motoren mit bis zu 32 Polpaaren.

Integrierte Kalibrierfunktion erspart aufwendige Messungen

Um die hohe Genauigkeit des Encoders iC-TW28 nutzen zu können, bedarf es keiner Messmittel. Ein Druck auf die am IC angeschlossene Kallibriertaste genügt und der Baustein erlernt die erforderlichen Signalkorrekturen für Offset-, Amplituden- und Phasenfehler selbsttätig und sichert die Werte für die initiale Kalibrierung im internen EEPROM. Sind diese Startwerte allein nicht ausreichend, zum Beispiel bei ständigen Änderungen der Amplitude oder einer temperaturbedingten Offset-Drift, hilft eine automatische Anpassung, die aber auch deaktiviert werden kann.

Der mit 10 bit aufgelöste Eingangswinkel wird über SPI als Absolutwert mit einem minimalen Raster von nur 20 ns oder als inkrementelles Encoder-Quadratursignal mit einer flexiblen Auflösung von bis zu 256 Impulsen ausgegeben. Die integrierten RS422-Treiber können Signale bis zu 12 MHz ausgeben; um die Zählbarkeit durch größere Flankenabstände garantieren zu können, ist der Maximalwert der Ausgangsfrequenz einstellbar.

Über die serielle Schnittstelle (SPI) wird die Auswertung der Signale per Mikrocontroller vereinfacht: Ein 24 bit Positionsregister im Encoder iC-TW28 liefert die Periodenzahl (14 bit) und den Winkelwert innerhalb der Sinusperiode (10 bit). In einem zweiten Register wird die Periodenzahl beim Eintreffen des Nullsignals gespeichert, so dass auch abstandscodierte Marken bei linearen Messsystemen ausgewertet werden können.

Keine Programmierung erforderlich

Für die Inbetriebnahme des Encoders iC-TW28 wird keine Programmierung benötigt. Funktionen und Interpolationsfaktoren werden über die Anschlüsse eingestellt. Die Kalibrierung wird durch einen Tastendruck gestartet.

Der volle Funktionsumfang ist über die serielle Schnittstelle (SPI) nutzbar: ein A/B-Ausgangsteiler zur fraktionierten Interpolation, Filtereinstellungen zur Jitter-Reduzierung, sowie konfigurierbare Überwachungen für Fehler und Signalqualität.

Erfordert die Anwendung später noch eine Funktionsänderung oder eine neue Kalibrierung, so kann außer SPI auch die ebenfalls integrierte Encoder-Link-Schnittstelle, die die Anschlüsse der Ausgänge „A“ nutzt, zur Kommunikation aktiviert werden.

Als typische Anwendungen für den Encoder iC-TW28 nennt IC-Haus:

  • magnetische Motorlagegeber,
  • optische Drehgeber mit höherer Auflösung durch Interpolation,
  • programmierbare magnetische/optische Inkremental-Drehgeber,
  • allgemeine Auswertung von Hall-Sensoren zur Winkelmessung,
  • allgemeine Auswertung von Sinus-/Cosinus-Signalen mit hoher Frequenz, z.B. PC-Messkarten für differentielle 1 V-Geberschnittstellen.

 

Bilder: 4

Encoder iC-TW28 von IC-Haus

Encoder-IC iC-TW28 und Evaluierungsmodul

 

Für den Betrieb benötigt der Encoder iC-TW28 eine Versorgungsspannung zwischen 3,1 V und 3,6 V. Er ist für den industriellen Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +125 °C ausgelegt und erfordert als externe Beschaltung nur wenige Komponenten. Im 32-poligen QFN-Gehäuse benötigt der Encoder-IC  nur 5 × 5 mm2 auf der Platine.

IC-Haus bietet für den iC-TW28 ein anschlussfertiges Modul zur Evaluation (iC-TW28 EVAL TW28_1D), das später auch als Programmieradapter genutzt werden kann, sowie ein PC-Bedienprogramm (iC-TW28 GUI).