Schwerpunkte

Signalaufbereitung für Motorregelungen

Diskret oder monolithisch?

05. Oktober 2020, 11:41 Uhr   |  Von Dr. Ralph Oberhuber, Product Line Manager Precision Amplifiers von Texas Instruments


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Dynamische Anforderungen

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Bild 3: AC-Kopplungsmechanismen in Motorsystemen, die zu hochfrequenten Gleichtaktstörungen führen

Ein wichtiger Aspekt, der beim Design eines präzisen Signalpfads leicht übersehen wird, ist die Unempfindlichkeit gegenüber hochfrequenten Störgrößen. Hochfrequente Gleichtaktstörungen werden üblicherweise von den Motorzuleitungen, auf denen geschaltete PWM-Signale übertragen werden, in die Resolver-Kabel oder direkt in das Motorgehäuse gekoppelt (Bild 4). Beim Verbinden der Zuleitungen mit dem Motor (beispielsweise im Innern eines Roboters) ist das Motorkabel möglicherweise auf einer Länge von bis zu 20 cm nicht abgeschirmt. Die Gleichtaktstörgrößen sind deshalb meist AC mit Impulsen mit einer Breite von ca. 1 µs und einer Amplitude von ±20 V. In diesem Fall kommt es also auf die Gleichtaktunterdrückung bei höheren Frequenzen von ca. 400 kHz bis 1 MHz an.

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Bild 4: Gleichtaktunterdrückung des INA592 und des INA137

Bild 5 vergleicht die Gleichtaktunterdrückung des INA592 (Kleinsignal-Bandbreite: 2,5 MHz) und des INA137 (Kleinsignal-Bandbreite: 4 MHz) als Funktion der Frequenz. Der INA137, der auf einem breitbandigeren Verstärker-Kern basiert, weist im Bereich von 400 kHz bis 1 MHz eine höhere Gleichtaktunterdrückung auf und kann unerwünschte hochfrequente Impulse daher besser unterdrücken, allerdings auf Kosten einer geringeren statischen Genauigkeit in Sachen Offset und Offset-Drift (Tabelle 3).

In Tabelle 3 sind drei verschiedene Optionen zur Implementierung des Präzisions-Signalpfads gegenübergestellt, nämlich eine diskrete Variante (OPA192 plus vier Widerstände) und zwei Alternativen mit den Differenzverstärkern INA592 und INA137. Wie beschrieben, ist der INA592 die beste Wahl, wenn es auf den Offset, die Offset-Drift und die Gleichtakt­unterdrückung ankommt. Sollte die Gleichtakt­unterdrückung bei 500 kHz und mehr relevant sein, sollte die Verwendung des INA137 erwogen werden. Es gibt noch weitere Optionen, wie etwa die Verwendung noch breitbandigerer Verstärker, wenn ein extrem schnelles Ansprechverhalten gewünscht wird (siehe die empfohlenen weiteren Verstärker in Tabelle 3). In Verbindung mit ADCs mit differenziellem Eingang ist auch die Verwendung eines rein differenziellen Verstärkers möglich.

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1. Diskret oder monolithisch?
2. Anforderungen an die Signalkette (statisch)
3. Dynamische Anforderungen

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