Г.В. Прокофьев, В.Г. Стахин, к.т.н., А.А. Обеднин, Н.А. Дюжев,...
Post on 31-Dec-2015
94 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Создание магнитных датчиков углового положения на основе отечественной
специализированной БИС преобразователя фаза квадратурного сигнала - код положения
К1382НХ045
1
Г.В. Прокофьев, В.Г. Стахин, к.т.н., А.А. Обеднин, Н.А. Дюжев, к.ф.м.н., А.С. Юров, Н.С. Мазуркин
2
ПРОБЛЕМА
Различные датчики углового положения являются обязательным компонентом в автоэлектронике, промышленной автоматике, робототехнике, продукции ВПК.
Широкое распространение получили датчики на магнитном эффекте, используя в качестве чувствительных элементов магниторезисторы или элементы Холла и обрабатывая их сигнал на микросхемах общего назначения или микроконтроллерах.
Для снижения себестоимости изделий и их массогабаритных характеристик актуальным является использование специализированных микросхем обработки сигналов для таких датчиков.
В связи с этим ЗАО «ЗНТЦ» была разработана специализированная микросхема преобразователя фазы квадратурного сигнала в код положения К1382НХ045.
Разработанная микросхема позволяет создавать компактные магнитные датчики углового положения.
3
Описание БИС К1382НХ045 Работает с чувствительными элементами, преобразующими сигнал о положении в синусно-косинусный сигнал (AMR-сенсоры KMZ41, МРС-20, дискретные магниторезисторы и элементы Холла с ортогональным расположением).
Требует минимума внешних компонент (один конденсатор)
Встроенный программируемый усилитель – подстройка смещения и усиления
Разрешение 12 (13) бит
Скорость преобразования 300 (16) мкс
Цифровой аппаратный модуль вычисления кода положения
Подстройка нулевого положения, крутизны преобразования, ограничительных уровней, направления вращения
Сохранение настроек в EEPROM
Выходы – аналоговый линейный, SPI, OWI (однопроводной)
Идентификатор кристалла 32 бит
4
Сигма-дельта АЦП13 бит
MU
X1
SINp
SINn
COSp
COSn
PGA
Источник тока
VDDR
VSSR
OA
[4:0
]
GA
[4:0
]
MU
X_A
TCURR[3:0]
VREF
EN
_P
GA
Блок определения превышения
уровня входного сигнала
RE
FH
RE
FL
Блок подстройки смещения
РегистрКосинус
РегистрСинус
БлокCORDIC
Блок коррекцииположения
Тактовый генератор PORБлок опорных
напряжений
Блок накачки EEPROM
EEPROM32x16
Блок управления
Интерфейс SPI/SSI
Интерфейс OWI
ЦАП13 бит
CSn DOCLK DI CFG
OUT
VDD
AVDD
VSS
AVSS
Цифровой модуль
К1382НХ045
VREF
CLK
CLK
CLK
Структурная схема БИС К1382НХ045
5
Передаточная характеристика БИС К1382НХ045
Сравнение с конкурентомХарактеристики К1382НХ045 в.1
(в.2)ZMD U2730 (KMA199)
Разрешение 12 (13) 13
Время преобразования 240 (16) мкс 320мкс
Аналоговый выход Есть Есть
Интерфейс SPI Есть Нет
Однопроводной интерфейс Есть Только для настройки
Подстройка нулевого положения
Есть Есть
Подстройка крутизны преобразования
Есть Есть
Подстройка ограничивающих пороговых уровней
Есть Есть
7
Применение БИС К1382НХ045: Датчик положения дроссельной заслонки
Напряжение питания 5 В
Ток потребления не более 12 мА
Конструктив – стандартный для автомобилей ВАЗ
Выход – линейный аналоговый
Диапазон измеряемого угла 21-55 град
Угол наклона кривой 0.1071
Нелинейность не более ±2%
Настройка датчика – по однопроводному интерфейсу, совмещенному с аналоговым выходом
Требования к датчику
8
Применение БИС К1382НХ045: Датчик положения дроссельной заслонки
K1382HX045К1382НХ045
SINpSINn
COSpCOSn
OUT
VSSAVSS
Cf
VDDAVDD
0.1мкФ
Магниторезистор SIN
Магниторезистор COS
Uпит
Вых
GND
Разъем датчика
МРС-20
Сенсор – квадратурный AMR-магниторезистор
МРС-20 (аналог KMZ41)
9
Применение БИС К1382НХ045: Датчик положения дроссельной заслонки
y = 0,1071x - 1,5237
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500
4,000
4,500
5,000
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Угол поворота, град
Вы
ход
но
е н
апр
яже
ни
е, В
-2,5
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Ош
иб
ка п
ре
об
ра
зов
ан
ия
, %
1
2
Линейный (1)
Характеристики датчика дроссельной заслонки
10
Применение БИС К1382НХ045: Энкодер углового положения абсолютный
Напряжение питания 10±10% В
Ток потребления не более 30 мА
Диаметр 45 мм, длина 50мм, вал 8 мм
Диапазон измеряемого угла 360 град
Интерфейс - SPI
Ошибка преобразования не более ±1 град
Требования к датчику
11
Применение БИС К1382НХ045: Энкодер углового положения абсолютный
К1382НХ045
SINp
SINn
COSp
COSn
CLK
VSSAVSS
VDDAVDD
0.1мкФ
Uпит
SCK
GND
Разъем датчика
Элемент Холла SIN
Элемент Холла COS
CSn
MISO
Интегральный стабилизатор
5В
CSn
DO
CFG
Микрозонд
MOSI
CFG
DI
4.7к
12
Применение БИС К1382НХ045: Энкодер углового положения абсолютный
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
-0,4
9,62
19,7
29,8
39,8
49,9
59,9 70
80,1
90,1
100
110
120
130
140
151
161
171
181
191
201
211
221
231
241
251
261
271
281
291
301
312
322
332
342
352
1,85
11,9 22 32
Угол поворота, град.
Ош
иб
ка п
рео
бр
азо
ван
ия
, гр
ад.
1
График ошибки преобразования на полный оборот энкодера
13
Заключение Разработанная БИС К1382НХ045 обладает конкурентоспособными характеристиками по сравнению с зарубежными разработками.
БИС К1382НХ045 работает с различными чувствительными элементами такими как квадратурные магниторезисторы и дискретные элементы Холла.
БИС К1382НХ045 позволяет создавать датчики положения с конкурентоспособными характеристиками на полностью отечественной элементной базе.
Образцы микросхемы вместе со средствами отладки предоставляются бесплатно для исследований возможности применения.
Области применения:Промышленные датчики: абсолютные энкодеры углового положения, однооборотные и многооборотные.Электропривод: датчик обратной связи в системах управления бесколлекторными двигателями.Автоэлектроника: датчики положения подвижных механизмов.Робототехника: датчики положения подвижных узлов.Авионика и военная техника: датчики положения подвижных узлов.Электроника: компактные цифровые бесконтактные потенциометры на магнитном эффекте
14
ENC_ASIC2 - БИС однокристального многооборотного магнитного абсолютного энкодера положения
Назначение – создание быстродействующих компактных On-Axis магнитных энкодеров углового положения
Статус проекта: Первые образцы будут изготовлены к концу 2014 года.
15
ENC_ASIC2 – Структурная схема
ENC_ASIC2, Сравнение с конкурентами
Характеристики ENC_ASIC2 iC-MH,
iC-Haus
AS5145,
AMS
AM4096,
RLS
Разрешение 12 12 12 12
Время преобразования 1мкс 0.12мкс 96мкс 0.7мкс
Счетчик оборотов 10 бит Нет Нет Нет
Синусно-косинусный выход Есть Нет Нет Есть
Аналоговый выход Есть Нет Нет Есть
Интерфейс SPI Есть Есть Есть Нет
Интерфейс SSI Есть Есть Есть Есть
Инкрементальный выход Есть Есть Есть Есть
Выход UVW Есть Есть Нет Есть
Выход ШИМ Есть Нет Есть Есть
Выход Step+Dir Есть Нет Нет Нет
Подстройка нулевого положения Есть Есть Есть Есть
Подстройка ограничивающих пороговых значений положения
Есть Нет Нет Нет
17
ENC_ASIC2 –пример применения
Датчик положения ротора в системах управления бесколлекторными электродвигателями вместо традиционно используемой системы из 3-х датчиков Холла. Это позволит:
1. Достичь существенно более точного определения момента коммутации обмоток => высокой равномерности вращения;
2. Достичь высокой точности разгона, позиционирования и торможения.
«Зеленоградский нанотехнологический центр»Москва, Зеленоград, пр. 4806, д. 5, стр. 23тел. (499) 720-69-44, тел. (499) 720-69-69,
www.zntc.ru, zntc@zntc.ru
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Мы открыты для сотрудничества !
Дизайн-центр микросистемной техники и проектирования SoC
Директор Дизайн-центра: Стахин Вениамин ГеоргиевичТел. +7 (499) 720-89-52, stakhin@idm-plus.ru
Ведущий специалист направления магнитных датчиков: Прокофьев Георгий Всеволодович
Тел. +7 (499) 720-69-72, prokofiev@idm-plus.ru, skype: georgpro
top related