ระบบป้อนกลับตัวเข้ารหัสแสงความเร็วสูง-สำหรับการใช้งานไมโครมอเตอร์ไดรฟ์

ข้อมูลการหมุนมอเตอร์ที่แม่นยำ เช่น ตำแหน่ง ความเร็ว และทิศทางเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตไดรฟ์และตัวควบคุมที่แม่นยำสำหรับการใช้งานที่เกิดขึ้นใหม่ เช่น เครื่องประกอบที่ยึดส่วนประกอบขนาดเล็ก-ไว้บนพื้นที่ PCB ที่มีพื้นที่จำกัด เมื่อเร็วๆ นี้ การควบคุมมอเตอร์ได้เริ่มย่อขนาดลง ทำให้สามารถใช้งานหุ่นยนต์ผ่าตัดแบบใหม่ในอุตสาหกรรมการดูแลสุขภาพ และการใช้งานโดรนแบบใหม่ในการบินและอวกาศและการป้องกันประเทศ ตัวควบคุมมอเตอร์ขนาดเล็กยังขับเคลื่อนการใช้งานใหม่ๆ ในการประกอบทางอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ สำหรับนักออกแบบ ความท้าทายอยู่ที่การตอบสนอง-ข้อกำหนดความแม่นยำสูงของเซ็นเซอร์ป้อนกลับตำแหน่งในการใช้งานความเร็วสูง- ขณะเดียวกันก็รวมส่วนประกอบทั้งหมดไว้ภายในพื้นที่ PCB ที่จำกัดสำหรับการติดตั้งภายในบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็ก เช่น แขนหุ่นยนต์

แต่ละช่องสัญญาณของ ADC ต้องรองรับการสุ่มตัวอย่างแบบซิงโครนัสเพื่อรับจุดข้อมูลไซน์และโคไซน์พร้อมกัน เนื่องจากจุดที่รวมกันเหล่านี้จะให้ข้อมูลตำแหน่งแกน ผลลัพธ์การแปลง ADC จะถูกส่งไปยัง ASIC หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ ตัวควบคุมมอเตอร์จะสำรวจตำแหน่งตัวเข้ารหัสในระหว่างแต่ละรอบของ PWM และใช้ข้อมูลนี้เพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ตามคำสั่งที่ได้รับ ในอดีต หากต้องการรวมเข้ากับพื้นที่บอร์ดที่จำกัด ผู้ออกแบบระบบต้องเสียสละความเร็ว ADC หรือจำนวนช่องสัญญาณ

ในขณะที่เทคโนโลยีก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง แอปพลิเคชันควบคุมมอเตอร์ที่ต้องการการตรวจจับตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง-จึงมีการสร้างสรรค์สิ่งใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง ความละเอียดของตัวเข้ารหัสแบบออปติคอลอาจถูกกำหนดโดยจำนวนช่องที่พิมพ์หินด้วยภาพถ่ายอย่างประณีตบนดิสก์ ซึ่งโดยทั่วไปจะมีตั้งแต่หลักร้อยไปจนถึงหลักพัน ด้วยการป้อนสัญญาณไซน์และโคไซน์เหล่านี้ไปยัง ADC-ความเร็วสูงและประสิทธิภาพสูง- คุณสามารถสร้างตัวเข้ารหัสที่มีความละเอียดสูงกว่าได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนระบบในดิสก์ตัวเข้ารหัส ตัวอย่างเช่น การสุ่มตัวอย่างสัญญาณไซน์และโคไซน์ของตัวเข้ารหัสในอัตราที่ต่ำกว่าจะจับเฉพาะค่าสัญญาณในจำนวนที่จำกัด ดังแสดงในรูปที่ 3 สิ่งนี้จะจำกัดความแม่นยำของความจุตำแหน่ง ในรูปที่ 3 การสุ่มตัวอย่างในอัตราที่สูงกว่าด้วย ADC ช่วยให้ได้รับค่าสัญญาณที่มีรายละเอียดมากขึ้น ทำให้สามารถระบุตำแหน่งได้แม่นยำยิ่งขึ้น อัตราการสุ่มตัวอย่างความเร็วสูง-ของ ADC รองรับการสุ่มตัวอย่างมากเกินไป ปรับปรุงประสิทธิภาพสัญญาณรบกวนเพิ่มเติม และขจัดข้อกำหนดหลังการประมวลผลดิจิทัลบางอย่าง ในขณะเดียวกัน อัตราข้อมูลเอาท์พุตของ ADC ก็สามารถลดลงได้ ซึ่งหมายความว่าจะรองรับสัญญาณความถี่อนุกรมที่ช้าลง ซึ่งทำให้อินเทอร์เฟซดิจิทัลง่ายขึ้น ระบบป้อนกลับตำแหน่งมอเตอร์จะติดตั้งอยู่บนชุดมอเตอร์ ซึ่งในการใช้งานบางอย่างอาจมีขนาดกะทัดรัดมาก ดังนั้นขนาดจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการติดตั้งโมดูลตัวเข้ารหัสให้เข้ากับพื้นที่ PCB ที่จำกัด การรวมส่วนประกอบหลายช่องสัญญาณไว้ในแพ็คเกจขนาดเล็กเพียงชุดเดียวช่วยประหยัดพื้นที่ได้อย่างมาก

รูปที่ 4 แสดงตัวอย่างโซลูชันที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมกับระบบป้อนกลับตำแหน่งตัวเข้ารหัสแบบออปติคอล วงจรนี้เชื่อมต่อกับตัวเข้ารหัสออปติคัลชนิดสัมบูรณ์-ได้อย่างง่ายดาย จากนั้นจึงจับสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลไซน์และโคไซน์จากตัวเข้ารหัสได้อย่างง่ายดาย ADA4940-2 เครื่องขยายเสียงส่วนหน้า-เป็นเครื่องขยายเสียงแบบดิฟเฟอเรนเชียลแบบคู่-สัญญาณรบกวนต่ำ- ซึ่งใช้ในการขับเคลื่อน AD7380 อย่างหลังเป็น SAR ADC สุ่มตัวอย่างแบบซิงโครนัส 4 MSPS ขนาด 16- บิต ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง 2 แชนเนล ซึ่งอยู่ในแพ็คเกจ LFCSP ขนาดกะทัดรัด 3 มม. x 3 มม. แหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิงบนชิป- 2.5 V ช่วยให้สามารถใช้วงจรนี้กับส่วนประกอบจำนวนน้อยที่สุดได้ VCC และ VDRIVE ของ ADC พร้อมด้วยรางจ่ายไฟของไดรเวอร์เครื่องขยายเสียง สามารถขับเคลื่อนโดยตัวควบคุม LDO เช่น LT3023 และ LT3032 เมื่อการออกแบบอ้างอิงเหล่านี้เชื่อมโยงถึงกัน (เช่น การใช้ตัวเข้ารหัสแบบออปติคอล 1024-สล็อตที่สร้างรอบไซน์และโคไซน์ 1024 รอบต่อการปฏิวัติดิสก์ตัวเข้ารหัส) AD7380 แบบ 16 บิตจะสุ่มตัวอย่างแต่ละช่องตัวเข้ารหัสผ่าน 216 โค้ด ซึ่งจะทำให้ความละเอียดโดยรวมของตัวเข้ารหัสเพิ่มขึ้นเป็น 26 บิต อัตราปริมาณงาน 4 MSPS ช่วยให้มั่นใจในการรวบรวมข้อมูลไซน์และโคไซน์โดยละเอียด พร้อมกับข้อมูลตำแหน่งตัวเข้ารหัสล่าสุด ปริมาณงานที่สูงนี้ช่วยให้สามารถใช้งานการสุ่มตัวอย่างเกินขนาดบนชิปได้ ซึ่งช่วยลดการหน่วงเวลาเมื่อ ASIC ดิจิทัลหรือไมโครคอนโทรลเลอร์ป้อนฟีดป้อนกลับตำแหน่งตัวเข้ารหัสที่แม่นยำไปยังมอเตอร์ ข้อดีอีกประการหนึ่งของการสุ่มตัวอย่างบนชิปของ AD7380 ก็คือความสามารถในการเพิ่มความละเอียดเพิ่มเติม 2 บิต ซึ่งสามารถใช้ร่วมกับคุณสมบัติการปรับปรุงความละเอียดบนชิปได้ การปรับปรุงความละเอียดนี้ช่วยปรับปรุงความแม่นยำให้ดียิ่งขึ้น โดยสามารถบรรลุได้ถึง 28 บิต หมายเหตุการใช้งาน AN-2003 ให้ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับความสามารถในการสุ่มตัวอย่างเกินและการปรับปรุงความละเอียดของ AD7380