Mae'r erthygl hon yn mynd i'r afael â heriau cyffredin a wynebir gan ddylunwyr yn y maes awtomeiddio diwydiannol wrth ddatblygu rhyngwynebau canfod lleoliad ar gyfer rheoli echddygol-yn benodol, canfod lleoliad mewn cymwysiadau sy'n gofyn am gyflymder uwch a meintiau llai. Mae defnyddio gwybodaeth a gasglwyd o amgodyddion i fesur lleoliad modur yn fanwl gywir yn hanfodol ar gyfer gweithrediad llwyddiannus awtomeiddio a pheiriannau. Mae analog samplu cydamserol sianel deuol i drawsnewidwyr digidol (ADCs) cyflym, uchel yn gydrannau hanfodol o systemau o'r fath.
Rhagymadrodd
Mae gwybodaeth gylchdroi modur gywir fel lleoliad, cyflymder a chyfeiriad yn hanfodol ar gyfer cynhyrchu gyriannau a rheolyddion manwl gywir ar gyfer cymwysiadau sy'n dod i'r amlwg, megis peiriannau cydosod sy'n gosod micro-gydrannau ar ardaloedd PCB gyda gofod cyfyngedig. Yn ddiweddar, mae rheolaeth modur wedi dechrau miniatureiddio, gan alluogi cymwysiadau roboteg llawfeddygol newydd yn y diwydiant gofal iechyd a chymwysiadau drôn newydd mewn awyrofod ac amddiffyn. Mae rheolwyr modur llai hefyd yn gyrru ceisiadau newydd mewn cynulliad diwydiannol a masnachol. I ddylunwyr, yr her yw bodloni -gofynion manylder uchel synwyryddion adborth lleoliad mewn cymwysiadau cyflymder uchel tra'n integreiddio'r holl gydrannau o fewn gofod PCB cyfyngedig i'w gosod y tu mewn i becynnau bach, megis breichiau robotig.
Ffigur 1. Wedi cau-System Adborth Loop Motor Control
Rheoli Modur
Mae'r ddolen rheoli modur (fel y dangosir yn Ffigur 1) yn bennaf yn cynnwys modur, rheolydd, a rhyngwyneb adborth safle. Mae'r modur yn cylchdroi y siafft, gan yrru'r fraich robotig i symud yn unol â hynny. Mae'r rheolwr modur yn rheoli pan fydd y modur yn cymhwyso grym, pan fydd yn stopio, neu pan fydd yn parhau i gylchdroi. Mae'r rhyngwyneb lleoliad o fewn y ddolen yn rhoi gwybodaeth cyflymder a lleoliad i'r rheolwr. Ar gyfer peiriannau cydosod sy'n trin PCBs arwyneb bach, mae'r data hwn yn hanfodol ar gyfer gweithrediad cywir. Mae'r holl gymwysiadau hyn yn gofyn am fesur lleoliad cywir gwrthrychau cylchdroi.
Rhaid i synwyryddion lleoliad feddu ar gydraniad uchel iawn i ganfod lleoliad y siafft modur yn union, codi'r microgydrannau cyfatebol, a'u gosod yn y lleoliadau cywir ar y bwrdd. Yn ogystal, mae cyflymderau modur uwch yn gofyn am fwy o led band dolen a hwyrni is.
Systemau Adborth Safle
Mewn rhaglenni pen isel, mae'n bosibl y bydd canfod lleoliad yn cael ei roi ar waith gan ddefnyddio synwyryddion a chymaryddion cynyddrannol. Fodd bynnag, mae -rhaglenni pen uchel yn galw am gadwyni signal mwy cymhleth. Mae'r systemau adborth hyn yn ymgorffori synwyryddion lleoliad ac yna cyflyru signal blaen analog, ADC, a gyrrwr ADC. Mae data'n mynd trwy'r cydrannau hyn cyn mynd i mewn i'r parth digidol. Y synhwyrydd sefyllfa mwyaf manwl gywir yw'r amgodiwr optegol. Mae amgodiwr optegol yn cynnwys ffynhonnell golau LED, disg wedi'i marcio ynghlwm wrth y siafft modur, a ffotosynhwyrydd. Mae'r ddisg yn cynnwys mannau cudd afloyw a thryloyw sy'n rhwystro neu'n caniatáu i olau fynd heibio. Mae'r ffotosynhwyrydd yn canfod y signalau golau hyn, gan drosi'r curiadau golau ymlaen / i ffwrdd yn signalau electronig.
Wrth i'r ddisg gylchdroi, mae'r ffotosynhwyrydd (wedi'i gydamseru â phatrwm y ddisg) yn cynhyrchu signalau sin a chosin bach (ar lefel mV neu µV). Mae'r cyfluniad hwn yn nodweddiadol ar gyfer amgodyddion optegol safle absoliwt. Mae'r signalau hyn yn mynd i mewn i gylchedau cyflyru signal analog (fel arfer yn cynnwys mwyhaduron arwahanol neu PGAs analog i gael signalau hyd at frig 1 V i -ystod brig), fel arfer i gyfateb amrediad foltedd mewnbwn ADC i'r amrediad deinamig uchaf. Yna caiff pob signal sin a chosin chwyddedig ei ddal gan fwyhadur gyriant ADC samplu cydamserol.
Rhaid i bob sianel o'r ADC gefnogi samplu cydamserol i gaffael pwyntiau data sin a chosin ar yr un pryd, gan fod y pwyntiau cyfunol hyn yn darparu gwybodaeth lleoliad yr echelin. Anfonir canlyniadau trosi ADC at ASIC neu ficroreolydd. Mae'r rheolwr modur yn pleidleisio safle'r amgodiwr yn ystod pob cylch PWM ac yn defnyddio'r data hwn i yrru'r modur yn unol â'r gorchmynion a dderbyniwyd. Yn y gorffennol, i integreiddio i ofod bwrdd cyfyngedig, roedd yn rhaid i ddylunwyr systemau aberthu naill ai cyflymder ADC neu gyfrif sianel.
Ffigur 2. System Adborth Sefyllfa
Optimeiddio adborth safle
Wrth i dechnoleg barhau i ddatblygu, mae cymwysiadau rheoli modur sy'n gofyn am ganfod lleoliad manwl uchel yn arloesi'n barhaus. Gall datrysiad amgodyddion optegol gael ei bennu gan nifer y slotiau wedi'u ffotolithograffu'n fân ar y ddisg, sy'n amrywio fel arfer o gannoedd i filoedd. Trwy fwydo'r signalau sin a chosin hyn i mewn i ADCs perfformiad uchel, cyflymder uchel, gellir creu amgodyddion gyda chydraniad uwch heb fod angen newidiadau system i'r ddisg amgodiwr. Er enghraifft, mae samplu signalau sin a chosin yr amgodiwr ar gyfradd is yn dal nifer gyfyngedig o werthoedd signal yn unig, fel y dangosir yn Ffigur 3; mae hyn yn cyfyngu ar gywirdeb cynhwysedd safle. Yn Ffigur 3, mae samplu ar gyfradd uwch gyda'r ADC yn caniatáu caffael gwerthoedd signal manylach, gan alluogi pennu lleoliad mwy manwl gywir. Mae cyfradd samplu cyflym yr ADC yn cefnogi gorsamplu, gan wella perfformiad sŵn ymhellach a dileu rhai gofynion prosesu post digidol. Ar yr un pryd, gellir lleihau cyfradd data allbwn yr ADC, sy'n golygu ei fod yn cefnogi signalau amledd cyfresol arafach, a thrwy hynny yn symleiddio'r rhyngwyneb digidol. Mae systemau adborth safle modur wedi'u gosod ar y cynulliad modur, a all fod yn gryno iawn mewn rhai cymwysiadau. Felly, mae maint yn hanfodol ar gyfer gosod y modiwl amgodiwr yn yr ardal PCB gyfyngedig sydd ar gael. Mae integreiddio cydrannau sianel lluosog o fewn un pecyn bach yn cynnig arbedion gofod sylweddol.
Ffigur 3. Cyfradd Samplu
Enghraifft Dylunio o Adborth Safle Amgodiwr Optegol
Mae Ffigur 4 yn dangos enghraifft o ddatrysiad wedi'i optimeiddio sy'n addas ar gyfer systemau adborth lleoliad amgodyddion optegol. Mae'r gylched hon yn rhyngwynebu'n hawdd ag amgodyddion optegol math absoliwt, ac yna'n dal y signalau sin a chosin gwahaniaethol o'r amgodiwr. Mae'r mwyhadur pen blaen ADA4940{5}}2 blaen-yn fwyhadur sianel ddeuol, isel-sŵn, cwbl wahaniaethol a ddefnyddir i yrru'r AD7380. Mae'r olaf yn sianel ddeuol, 16-did, cwbl wahaniaethol, 4 MSPS samplu cydamserol SAR ADC wedi'i lleoli mewn pecyn LFCSP cryno 3 mm × 3 mm. Mae'r ffynhonnell foltedd cyfeirio ar-sglodyn 2.5 V yn galluogi gweithredu'r gylched hon gyda nifer fach iawn o gydrannau. Gall VCC a VDRIVE yr ADC, ynghyd â rheiliau cyflenwi gyrrwr y mwyhadur, gael eu pweru gan reoleiddwyr LDO megis yr LT3023 a LT3032. Pan fydd y dyluniadau cyfeirio hyn yn rhyng-gysylltiedig (ee, gan ddefnyddio amgodiwr optegol slot 1024 sy'n cynhyrchu 1024 o gylchoedd sin a chosin fesul chwyldro disg amgodiwr), mae'r AD7380 16-did yn samplu pob slot amgodiwr ar draws 216 o godau, gan gynyddu cydraniad cyffredinol yr amgodiwr i 26 did. Mae cyfradd trwybwn 4 MSPS yn sicrhau cipio gwybodaeth fanwl am gylchred sin a chosin ynghyd â'r data sefyllfa amgodiwr diweddaraf. Mae'r trwybwn uchel hwn yn galluogi gweithredu gorsamplu ar sglodion, gan leihau'r oedi amser pan fydd yr ASIC digidol neu'r microreolydd yn bwydo adborth lleoliad amgodiwr manwl gywir i'r modur. Mantais arall o orsamplu ar-sglodyn AD7380 yw'r potensial i ychwanegu 2 ddarn ychwanegol o gydraniad, y gellir eu cyfuno â'r nodwedd gwella cydraniad ar-sglodyn. Mae'r gwelliant cydraniad hwn yn gwella cywirdeb ymhellach, gan gyflawni hyd at 28 did. Nodyn Cais Mae AN-2003 yn darparu gwybodaeth fanwl am orsamplu AD7380 a galluoedd gwella cydraniad.
Ffigur 4. Dyluniad System Adborth Wedi'i Optimeiddio
Casgliad
Mae systemau rheoli modur yn gofyn am gywirdeb uwch, cyflymderau cyflymach, a mwy o finiatureiddio. Mae amgodyddion optegol yn gwasanaethu fel dyfeisiau canfod safle modur. Felly, rhaid i'r gadwyn signal amgodiwr optegol ddarparu cywirdeb uchel wrth fesur safle modur. -cyflymder uchel, uchel-TADs trwybwn yn dal gwybodaeth yn gywir ac yn trosglwyddo data lleoliad modur i'r rheolydd. Mae cyflymder, dwysedd a pherfformiad AD7380 yn bodloni gofynion y diwydiant tra'n galluogi systemau adborth mwy manwl gywir mewn sefyllfa a gwneud y gorau o weithredu'r system.
Awdur
Jonathan Colao