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防止半導體千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com燒壞或起火的保險絲、保險絲電阻器
保險絲、保險絲電阻器保險絲、保險絲電阻器的使用方法電流保險絲是最簡單的電路保護千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com。保險絲的作用,是在電路因發生短路等故障而產生異常電流時切斷電路,防止裝置、千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com燒壞或引發火災等。保險絲電阻器為電阻器賦予了熔斷特性,電流一旦超過熔斷功率就會斷線,防止半導體千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com及電阻器本身燒壞、起火。TF CCP CCFTF 片式保險絲特點防止半導體千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com燒壞或起火的保險絲、保險絲電阻器是小型、輕量的二次電路用片狀電流保險絲。根據獨家的結構、製作方法,熔斷特性穩定。可以把佔有面積縮小。內部電阻值低,電壓降低,可以減少電力消耗。適用於小型電子設備的電路配件過電流保護。對應回流焊、波峰焊。符合歐盟RoHS。 CCP 電路保護用千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com特點電流過大時,可以迅速地,無菸無熱地切斷電路。使用了金屬電極,端子強度出色,焊錫附著性優異。外裝模製成形,尺寸精度高,安裝性能優異。端子無鉛品,符合歐盟RoHS。對應回流焊和波峰焊 CCF 片式電流保險絲(抗硫化型)特點由於使用高性能抗硫化材料,因此抗硫化性優異。依據 IEC60127-4。 (7A以下)採用陶瓷本體,機械強度優異。對應回流焊和波峰焊。符合歐盟RoHS。保險絲電阻器適用於電路需要具備一定的電阻值,且希望在發生異常時不發生冒煙、起火而熔斷的部位。其反應一般比電流保險絲慢,因此在需要快速切斷電路時不能使用。引線型電阻器的保險絲電阻器系列 RF73 RF RF26 RF25CC WF保險絲保險絲電阻器正常時的功能電流通路電阻器異常時(過載時)的功能熔斷熔斷熔斷原因過電流過功率熔斷特性速斷(精確度高)慢斷(有偏差)電流保險絲的使用範例當電路中某個部位發生電源短路等異常時,如果主電源的保險絲必定熔斷,則只需使用保險絲。但是,如果電路有多個分支,當電流容量小的末端發生異常時,在主電源部位可能檢測不到。以家用電器為例,以小功率工作的功能電路即使出現異常,主電源的保險絲也不一定會熔斷。這難免會造成局部發熱,而導致冒煙。因此,設計安全電路時,建議在每條分支電路中都插入保險絲之類的安全千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com,使任何分支(電源短路和馬達鎖定等)發生異常都不會導致冒煙等情況。TF 結構圖CCP 結構圖 CCF 結構圖  保險絲電阻的使用範例在有些IC推薦電路中,Vcc供電線路插入了電阻,用來限制電流。該電阻與電容器組合,還能去除從電源輸入的雜訊,具有濾波器的作用。(解耦)當這樣的電路因IC故障等而進入短路模式後,根據供電電壓與電阻值,電阻器可能會在主保護電路起效之前燒壞。在這種情況下,為防止電阻器紅熱、起火,需要使用保險絲電阻器RF RF73。RF 塗層絕緣型保險絲電阻器特點通常作為電阻發揮功能。對異常時的過載,迅速熔斷,保護電路。阻燃性塗層(相當於UL94 V-0)。符合歐盟RoHS。 RF73 矩形片式保險絲電阻器特點使用時作為電阻發揮功能,異常時迅速熔斷防止破壞電路。和R73系列是同一形狀。是UL1412的安全標準認定品(1J未認定)。對應回流焊、波峰焊。端子無鉛品,符合歐盟RoHS。電極、電阻膜層、玻璃中 所含的鉛玻璃不適用歐盟RoHS指令 防止(電源用)射極輸出器(集電極接地)的振盪射極輸出器的作用是作為緩衝放大器來降低輸出阻抗。但需要注意的是,射極輸出器會發生振盪。倘若在設計時沒有注意到振盪,可能會引發EMI惡化等意外故障。而且,接觸示波器的探針後,振盪現象的狀態會發生改變並停止振盪,或是受溫度影響而未出現振盪,因此在研究電路的階段往往會被忽視。消除振盪最有效的措施,是在電晶體的底座中插入數十Ω~數百Ω的電阻,或是在集電極的電源與接地之間插入分解電容器。射極輸出器的負荷如果為容量性,也容易發生振盪,因此在這種情況下,要給負荷增加串聯電阻。防振盪電阻的電阻值較小,根據電晶體故障模式的不同,可能會產生大電流。對於輸出部放大器等處理大功率的電路,為了防止電阻器本身冒煙、起火,電阻器建議使用帶保險絲功能的保險絲電阻。RF RF73使用保險絲電阻器時,請充分注意突入電流的大小。 用於穩定(電源用)FET操作的電阻器MOS FET的輸入阻抗高(但在高頻下會因輸入容量而降低),作為可以高速切換的切換千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com,被廣泛運用。用作切換千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com時,為實現FET的穩定操作,需要在柵極插入小電阻值的電阻器。電阻值如果過小,在ON或OFF時會產生震顫,導致操作不穩定;如果過大,切換波形則會出現遲滯。因此要透過觀測波形來確定最佳值。在功率MOS FET的驅動中,柵極電阻與突波電壓、切換損耗密切相關,作用非常重要,需要加以注意。柵極電阻的電阻值低,在大功率切換電路中,根據功率MOS FET的故障模式的不同,可能會產生大電流,導致電阻器本身冒煙、起火。在這種情況下,電阻器應該選用帶保險絲功能的保險絲電阻器。RF RF73使用保險絲電阻器時,需要注意突入電流的大小。
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根據繞線結構及磁芯材質對電感進行分類
電感器的種類與特點電感器種類繁多,有的用功能來稱呼,例如「抗流線圈」、「點火線圈」等,有的像「片式電感器」一樣,用形狀來表示。一個電感器根據用途不同,會有許多個名稱,而容易造成混亂。下面就從不同的切入點來介紹電感器。根據繞線結構分類繞線電感器                                                          說起線圈,大家最熟悉的不外乎彈簧型電感器。                                                                      照片-1 彈簧型電感器 這種電感器基本上是將帶絕緣膜的銅線也就是磁線,卷成像彈簧一樣的螺旋狀,也有纏在塑膠線軸上的類型和直接纏在成型鐵氧體鐵心上的類型。(圖7)圖-8 矩形磁線的效果為了滿足小型化、薄型化的需求,此類電感器已經開發出了許多種繞線結構。其中不乏使用矩形磁線而非圓形的類型。(圖8)如此一來,就消除了繞線部分的間隙。圈數相同時,銅線的截面積增大,直流電阻則會縮小,銅損也會減少。由此可以製作出高效率的電感器。出於相同的理由,使用銅板代替磁線的類型也早已投入實際使用。疊層電感器與能量效率相比,高頻電路用電感器更重視小型化和高頻特性,如今已經出現拋棄「纏繞」的思路,而在薄片和基板上印刷導體金屬的電感器。在由鐵氧體和陶瓷材料延展成薄片狀的生片上,印刷幾分之一圈的電感器。重疊多層即為電感器。隨著生片的薄層化、微細印刷技術、使用導通孔連接層間的技術的進步,製作小型、高電感的電感器成為了可能。(圖9)圖-9 疊層電感器 薄膜電感器與透過網版印刷方式印刷繞線的疊層電感器相對應,使用噴濺度和蒸鍍技術,透過比印刷更薄的金屬皮膜,來形成線圈圖案的電感器,稱為薄膜電感器。透過運用半導體製造技術,提供小型、高精確度的電感器。(圖10)圖-10 薄膜電感器 根據貼裝形態分類有用於流體貼裝的引線型電感器和表面貼裝型(片式電感器)。 根據磁芯材質分類 矽鋼板擅長在低頻帶使用的材料,在商用頻帶(50/60Hz)大量用於電源變壓器、抗流線圈等。在鐵中添加百分之幾的矽,可以提高導磁率,還能降低老化程度。以此為材料進行冷軋,製成厚度為0.05~0.5mm左右的板狀,再衝壓成E型I型,然後將幾十張重疊在一起使用。為防止渦流造成的損耗,鐵心表面要一一絕緣。頻率越高,使用的鋼板要越薄。坡莫合金在鐵中添加鎳製成的高導磁率材料稱為坡莫合金。透過調整鎳的含量,初始導磁率和飽和磁通量密度會發生變化,因而適用於低頻訊號用變壓器、抗流線圈等。壓粉磁心由以鉬為主要成分的細顆粒粉末壓制而成,磁阻高於矽鋼板,因此可以縮小渦流造成的損耗。適用於電源線濾波器、開關電源的高頻平滑線圈等。鐵氧體磁心應用廣泛的高頻率用高導磁率材料。主要成分氧化鐵(Fe2O2)與錳、鎂、鎳、鋅等的金屬化合物混合,經高溫燒結製成。代表性鐵氧體有Mn-Zn類、Ni-Zn類等。空芯不使用磁體作為磁心材料的電感器稱為空心電感器。磁心材料中空(空氣),以及磁心材料使用氧化鋁等非磁體材料的繞線電感器、堆疊非磁性材料片材的疊層電感器、使用非磁性材料基板的薄膜電感器等,都屬於空心電感器。之所以稱為空心電感器,是因為沒有一般所說的磁體鐵心(=空)。 
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根據結構及用途對電阻進行分類
根據結構分類電阻器的分類電阻器可以根據功能、形狀、電阻體材質和用途的組合,劃分成許多種類型。根據功能分類,有嵌入電路中使用的固定電阻器、用於微調電路的半固定電阻器、像收音機音量旋鈕一樣改變電阻值的可變電阻器等。根據固定電阻器的形狀分類,有帶引線的引線型和不帶引線的表面貼裝型。表面貼裝型又可分為矩形和圓筒形。除此之外,根據密封材質分類,還有樹脂模壓型、陶瓷外殼型等。   根據電阻體材質分類,有碳膜、以鎳鉻合金為主體的金屬皮膜、氧化金屬皮膜、氧化金屬與玻璃相結合的金屬釉等皮膜型,以及使用金屬板、金屬線、金屬箔的類型和使用氧化金屬陶瓷的固體型等。         根據其用途,則有電阻值允許偏差和溫度特性精確度高的類型、耐高電壓和突波性強的類型、電阻值隨溫度變化的類型、帶保險絲功能的類型等。使用電阻器時,必須根據目的,在這些組合中進行選擇。 固定電阻器的特點片式固定電阻器端子實施了焊接、鍵合或兩者兼顧所需的處理,沒有端子線(引線)的電阻器。根據形狀可分為矩形和圓筒形。根據電阻體的不同材料分類,大致有以下5種。矩形——①金屬釉膜型、②金屬皮膜型、③金屬板型圓筒形——③碳膜型、④金屬皮膜型其中,金屬釉膜型憑藉成本、小型化、貼裝作業效率的優勢,佔據了大半市場,根據統計,金屬釉膜型佔了片式固定電阻器的9成以上。其小型化趨勢明顯,矩形類型中,1005規格(1.0mm×0.5mm)和0603規格(0.6mm×0.3mm)的應用正在增加,在以手機、智慧型手機為中心的移動通訊領域,0402規格(0.4mm×0.2mm)的採用也有所擴大。矩形片式固定電阻器大致可分為厚膜型的金屬釉膜和薄膜型的金屬皮膜,量產中心為厚膜型。厚膜型的安裝性、耐環境性優異,薄膜型則具有電阻值允許偏差小、電阻溫度係數小、電流噪音小等優點。尤其是電阻溫度係數,與厚膜型約為100×10-6/K相比,薄膜型僅為10×10-6/K左右,電阻值非常小,而且穩定。矩形片式電阻器有0402、0603、1005、1608、2012、3216等規格,尤其是0603規格,以移動通訊裝置為中心,正在快速增長。1005、1608規格主要應用於消費裝置,1608、2012規格則受到消費裝置、工業設備、車載裝置等廣泛運用。功率型有3216、3225、5025、6331等規格。圓筒形片式固定電阻器通稱為MELF的片式電阻器,去掉一般的軸向引線電阻器的引線,兩端的電極安裝了電鍍金屬的電極帽。該產品的特點包括:外觀呈圓筒形而且使用金屬帽,因此不分正反;電極強度、機械強度優異;結構尺寸精確度高;產品供應、安裝精確度高等。而且,金屬皮膜型還具有電阻值精確度、溫度係數、電流噪音可以達到高品質的特點。網絡電阻器在一張絕緣基板上集成、整合多個電阻千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com,將其作為一個電子千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com的電阻電路網路,各個千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com根據需要相互連接。由具備2個電極的電阻簡單連接而成的稱為陣列,形成電路網路的稱為網路。主要用於數位電路的上拉、下拉電阻。根據形狀可以分為SIP(Single Inline Package)形、DIP(Dual Inline Package)形、扁平封裝形、貼片載體形。過去,在以碳膜電阻器為主的時期,為因應高密度貼裝,SIP型產量快速增加,但隨著貼裝技術轉換為表面貼裝,片式網路電阻器逐漸興起,與SOP(Small Outline Package)形一同成為了當今的主流。片式網路電阻器滿足了高密度貼裝單個片式電阻器的需求,在網路電阻器中產量增長最快。需求以二聯、四聯為中心,3216規格主要應用於工業設備領域,1608規格應用於各類電子裝置,1005、0603規格則應用於手機、電腦、數位相機、數位攝影機等。碳膜固定電阻器使用碳膜作為電阻千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com的固定電阻器,是最普遍的電阻器,很早便為人們所熟知。根據功率分類,以1/4W產品和1/2W產品居多,1/4W的3.2mm×φ1.9mm規格、1/2W的6.3mm×φ2.85mm規格等小型產品目前為主流,具備優異的耐脈衝性等。作為通用產品,應用範圍廣泛。金屬膜固定電阻器使用金屬皮膜作為電阻千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com的固定電阻器,電阻值允許偏差、電阻溫度係數和老化程度小,精確度高而且穩定性優異。還具有電流噪音小的特點。主要用途除了通訊、測量裝置等工業設備外,還包括電腦及其周邊裝置、AV裝置機器等處理微弱訊號的電路等。氧化金屬膜固定電阻器使用氧化金屬皮膜作為電阻千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com的固定電阻器,小型(單位額定功率的體積在電阻器中最小)且耐熱性優異。具有能夠以低成本製造出電阻溫度係數小於功率型金屬皮膜電阻器的產品等特點。是主要應用於電源電路等用途的通用功率型電阻器。繞線固定電阻器使用金屬電阻線作為電阻千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com的固定電阻器,耐脈衝性、耐熱性尤其出色。而且具有電阻溫度係數小、電流噪音小等特點。但也存在不易取得高電阻值、繞線結構不適合高頻電路等缺點。主要用作電源電路的突入電流限制電阻器。另外,低電阻值產品也用於電流檢測等用途。
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電阻器的材料成份與作用
電阻器的基礎何謂電阻器要解答何謂電阻器這個問題,首先要了解「歐姆定律」,這是很重要的。這是了解電阻器的基礎。歐姆定律是指「通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比」。假設電壓為E(V:伏特)、電流為I(A:安培),則以下關係成立。                R為比例係數,稱為電阻,電阻的物理量符號為R,電阻值的單位符號為Ω(歐姆;ohm),標記符號如下圖所示。〔電阻器的電路符號〕電阻越大,電流越難通過,電阻越小,電流越容易通過。換言之,電阻器是使通過電路的電流保持固定,並根據需要進行調整的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com。電阻器還可以用於降低電壓、分割電壓。因此,電阻器與電容器、電感器(線圈)一樣,都是主要被動千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com,是電子電路必不可少的基本千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com之一。電阻器的材料成分與作用電阻器基本是由以下4個要素構成。基體:支撐電阻體與端子的部份電阻器的基體最常使用氧化鋁絕緣體。需要根據電阻器的用途,選擇適合的材料(熱傳導率、熱膨脹係數、機械強度等)。電阻體:決定電阻器的基本特性、性能的部份電阻假設有右圖中的物質。截面積[cm2]:S長度[cm]:L物質的固有電阻[Ω・cm]:ρ則該物質的電阻R為R=ρ・L/S [Ω] 端子:使電阻體與基板(電路圖案)等建立電氣、機械連接的部份是施加電壓或電流的部分,電阻器的端子結構和形狀必須根據貼裝方法選擇。為了提高貼裝密度、降低貼裝成本,表面貼裝千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com(SMD)如今已成為主流。外包裝:保護電阻體和基體不受外部空氣和機械應力的影響電阻器結構圖例矩形片式電阻器    引線插入型電阻器(皮膜型) 
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金屬氧化物壓敏電阻器的選擇——KOA
金屬氧化物壓敏電阻器的選擇選擇壓敏電阻器的步驟選擇金屬氧化物壓敏電阻器的基本步驟如Fig.1所示。下面根據基本步驟,通過具體事例來追蹤選擇的流程。Fig.1 選擇壓敏電阻器的基本步驟 事例)電源線的線間雷擊浪湧吸收措施Fig.2  電路事例電源電壓 VE=200(Vr.m.s.)±10%浪湧電壓 Vs=5(kV)等效浪湧阻抗 ZS=100(Ω)浪湧脉衝寬度 tT=50(μs)負荷耐電壓VP=800(V)浪湧次數 N=104次①確定壓敏電阻器電壓首先根據電路電壓,選擇適當的壓敏電阻器電壓。1)根據電路電壓VE(V),用①式確定要選擇的壓敏電阻器電壓的最小值。VE≦VV(min.)(1-α) …①VE:電路電壓的峰值VV(min.):壓敏電阻器最小電壓值α:安全係數(α=0.1)在範例中,電源電壓為200Vr.m.s.±10%,用①式確定壓敏電阻器電壓VV(min.)≧(200√2 ×1.1)/(1-0.1)≧346(V)在範例中,需要選擇產品目錄中記錄的壓敏電阻器電壓範圍的標準範圍下限值在346V以上的壓敏電阻器。此外,壓敏電阻器還有一個標準,那就是可以持續施加的電壓的上限值,即最大允許電路電壓。如果持續施加超過該電壓的電壓,壓敏電阻器有可能出現劣質化,這一點也需要予以考慮。2)根據電路電壓VE(V),用②式求出需要的最大允許電路電壓。VE≦VA(1-α) …②VE:電路電壓VA:最大允許電路電壓α:設計餘量(α=0.2)在範例中,電源電壓為200Vr.m.s.±10%,用①式確定壓敏電阻器電壓VV(min.)≧(200×1.1)/(1-0.2)≧275(V) 需要根據以下兩個條件,來選擇壓敏電阻器的公稱壓敏電阻器電壓:壓敏電阻器電壓範圍的標準範圍下限值在346V以上,最大允許電路電壓在275V以上。對照產品目錄,應當選擇壓敏電阻器電壓在NVDxxUCD390以上的產品。但單憑這一點是不夠的。還需要研究受到突波電壓衝擊時,壓敏電阻器的電壓抑制範圍是否適當。若不適當,在受到突波電壓衝擊的關鍵時刻,有可能得不到適當的電壓抑制效果。②計算通過壓敏電阻器的浪湧電流假設應當保護的電路為Fig.3,通過金屬氧化物壓敏電阻器的突波電流Ip可透過③式求出。Fig. 3  突波等效電路Ip=(Vs-Vc)/ Zs …③Ip :浪湧電流Vs :浪湧電壓Vc :壓敏電阻器抑制電壓Zs :等效浪湧阻抗 Vc大多數情況下小於Vs,因此也可以忽略Vc進行簡單計算。在事例中,VS=5(kV)、ZS=100(Ω)、VP=800(V),根據③式Ip=5000/100=50(A) ※脉衝寬度tT=50(μs)由此可知,受到浪湧電壓衝擊時,通過壓敏電阻器的電流值為50(A)。③確定抑制電壓(限制電壓)限制電壓根據產品目錄的電壓-電流特性曲綫進行選擇,相對於保護對象的耐電壓VP,通過③式求出的電流IP所對應的金屬氧化物壓敏電阻器的限制電壓應在VP以下(參照Fig.5)。Fig.3 電壓-電流特性曲綫與IP、VP的關係在範例的電路中,以壓敏電阻器公稱電壓在390(V)以上、最大允許電路電壓在275(Vr.m.s.)以上為條件,根據產品目錄的電壓-電流特性曲線,暫定選擇Ip=50(A)所對應的限制電壓在800(V)以下的金屬氧化物壓敏電阻器。對照該條件得到的結果是……φ10產品:NVD10UCD430、NVD10UCD470φ14產品:NVD14UCD430、NVD14UCD470需要從以上4種產品中選擇。④确定盘径的大小根據透過③求出的突波電流IP及突波脈衝寬度tT(s)和重複次數,使用突波耐量、突波壽命特性(參照個別標準),選擇允許值範圍內的金屬氧化物壓敏電阻器。根據③中計算出的IP=50(A)、tT=50(μs)、重複104次對照產品目錄的突波耐量、突波壽命特性進行選擇。對照產品目錄得到的結果是……NVD10UCDxxx:80(A)、NVD14UCDxxx:120(A)由結果可知,這些產品均大於50(A),③所對應的品種均可使用,但突波次數104次可能包含不確定因素。如果貼裝方面不存在問題,設計應留出足夠的充裕度,選擇NVD14UCD型的φ14產品。以上就是選擇壓敏電阻器的大致流程。希望能夠在您研究用以應對突波的壓敏電阻器時提供參考。
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CPU電源用換流器的電流檢測——KOA
CPU電源用換流器的電流檢測CPU電源的發展動向隨著CPU的高速化,低電壓、大電流化程度越來越高。桌上型電腦需要的電流達到40~60A,筆記型電腦也超過20A。 電流檢測用低電阻器的發展動向由於DC/DC換流器的切換電流增大,電流檢測用電阻器的電阻值非常小,有的甚至在2mΩ以下。選擇和使用mΩ級電阻器時,注意事項有別於普通的電阻值。電阻值如果降低…即使切換頻率為數百kHz,也很難實現「正確產生與通過電流成正比的電壓」這理所當然的操作。(1)盡量縮小電感電阻器的寄生電感通常為nH級,在數百kHz的切換中可以忽略。但由於電阻值極小,微小的電感也會造成相對較大的檢測誤差。電感造成誤差的範例範例如下圖所示。在這個例子中,電阻器的寄生電感為1nH。    裁切改變電流通路    調整電阻值需要在電阻器上裁切狹縫。這會導致電流分布不均,引起局部發熱。    局部發熱會使電流通路發生改變,而導致整個電阻器的電阻值相對於電流的線性變差。   (2)需要電阻率均勻的電阻體       導致電流通路不均勻的原因,並不只是裁切線。電阻體與電極的接合部分如果產生孔洞等,相對應位置的電流通路也會變得不均勻。如果電感的偏差大…電感的影響在一定程度上可以透過濾波器來抑制。但寄生電感如果有偏差,檢測誤差也會產生偏差。下圖是可能發生的檢測偏差的模擬範例。   (3)電極內的電位必須固定不變    超低電阻器中,電極部分的電阻率只有電阻體部分電阻率的幾十倍。如果電極部分薄,電阻體的電位分布就會影響電極,導     致電極內出現電位差。    這意味著取電極中不同位置的電壓,電阻值會發生變化。電流檢測用低電阻器需要具備的性能綜合以上所述,選擇大電流高速切換電路的電流檢測用電阻器時要注意以下3點:(1) 使用電感及其偏差小的電阻器。(2) 使用電阻體、電極盡可能均勻的電阻器。(3) 使用電極內電位差小的電阻器。使電阻器內的電流通路變得均勻上述條件大多數可以透過徹底清除電阻器內電流通路的不均勻部分來實現。基於這個理念,本公司開發了:TLR 金屬板片式低電阻器特點是超低電阻(0.5mΩ~)器,適用於對大電流的檢測。厚度0.6mm超低背型,適於對小型設備的使用。高頻率特性優異。可自動貼裝。對應迴流焊接。符合歐盟RoHS。 AEC-Q200相關數據已取得 TLR的結構具體結構如圖所示。TLR透過採用這種結構,獲得了適合對CPU電源用DC/DC換流器進行電流檢測的性能。其他觀點使用CPU電源用DC/DC換流器的電流檢測用電阻器還需要考慮以下事項:(1)透過多相化、共通輸出節點使用時的相間檢測偏差(2)電流焊板、電壓Pattern的設計考量(3)確保散熱路徑(4)有必要考量使檢測誤差最小化的濾波器插入方式等。
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如何正确的选择电流检测电阻
提供種類豐富的高精度、低感值、大電流對應、電流檢測用分流電阻器系列電流檢測用分流電阻器、低阻值電阻器的種類【電流檢測用分流電阻器及低阻值電阻器的額定功率、電阻值分佈】--------------------------------------------------------------------------------------------------電流檢測用分流電阻器、低阻值電阻器的產品特點適用於244A一下的電機控制、DC/DC換流器和蓄電池管理的大電流檢測PSJ2/PSL2/PSG4/PSF4* 開發中。實現了最大額定功率12W。推出了2端子結構和4端子結構。PSG4、PSF4通過採用4端子結構,可達到T.C.R.+/- 50×10-6/K的高精度----------------------------------------------------------------------------------------------------適用於超大電流600A以下的電機控制、DC/DC換流器和蓄電池管理的電流檢測HS系列* 開發中。備有電壓檢測端子,因此超低電阻0.1mΩ也能高精度檢測。通過調整安裝方法等,可以支持定制形狀。----------------------------------------------------------------------------------------------------高頻率特性優異……TLR 系列電阻器製造工序中要進行在電阻體局部設置切口來調整電阻值的 “裁切”作業。“裁切”對於通常的電路不構成問題,但大電流高速變化的電路造成許多故障。TLR系列採用獨特方法,無需“裁切”即可調整電阻值。[TLR發熱分佈]1.電阻器沒有切口,發熱分佈均勻,可以實現高效散熱[檢測波形]2.糾正電阻器本身的電感引發的測量誤差--------------------------------------------------------------------------------------------------檢測大電流時PS  系列通過採用與TLR相同的結構,具有良好的高頻特性。針對不利於大型規格的熱循環性,以獨有的形狀緩和了應力的PSB。以小型規格實現了5W高功率的PSE。可實現KOA的最小電阻值0.2mΩ到最大電流250A的檢測----------------------------------------------------------------------------------------------------在高溫環境下也可使用的高可靠性電阻器使用阻燃性樹脂密封了整個電阻值,耐溫度變化性強、耐久性優異的電阻器。端子使用金屬板,還具備優良的端子強度和焊接性。使用溫度範圍大,達到-55°C~+180°C,適用於在車載環境下工作的電子設備等。----------------------------------------------------------------------------------------------------豐富的尺寸、功率種類。可像通過扁平貼片一樣選擇……SR73系列SR73 1H是尺寸為0.6mm×0.3mm的小型片式電阻器。可安裝於手機、PDC和HDD等高密度貼裝設備。是適用於2次電池餘量檢測、過電流保護電路等所有用途的片式低阻值電阻器。--------------------------------------------------------------------------------------------------以100mΩ以下的低電阻值達到高精度……UR73  系列實現了電阻值:10mΩ~100mΩ、TCR:±100×10-6K。公差以±1%為標準的高精度電阻器。能夠在蓄電池充電電路等需要低電阻(10mΩ~)且高功率(~1W)的電路中發揮威力。----------------------------------------------------------------------------------------------------以長邊型實現高功率WK73  系列通過採用長邊電極,以小型尺寸實現了高功率。與相同尺寸的SR73相比,額定功率最大為前者的2倍。而且熱循環性優異,適用於車載用途等要求可靠性的設備。----------------------------------------------------------------------------------------------------以長邊型實現高功率WU73  系列實現了電阻值為13mΩ以上、TCR為±75×10-6/K。通過採用長邊電極,以小型尺寸實現了高功率。而且熱循環性優異,適用於車載用途等要求可靠性的設備。
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熱循環耐性—KOA
熱循環耐性矩形片式電阻器在應用於車載等對於熱循環耐性要求較高的用途時,有時會出現焊接裂紋的問題,尤其是尺寸較大的片式電阻器。焊接裂紋是因為電路基板與片式電阻器的線膨脹係數不同,在施加溫度循環后,焊接部份承受應力,焊接產生裂縫的現象。最終會導致焊接連接不良。需要較大額定功率時,一般會使用大尺寸的片式電阻器,但尺寸越大,越容易發生焊接裂紋。要想兼顧大功率和預防焊接裂紋,可以使用多個尺寸更小、額定功率更小的電阻器,來達到需要的額定功率,但這種方法會導致千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com數量和貼片面積增加。在這種情況下,建議使用額定功率大、而且有利於熱循環的長邊電極型電阻器WK73S以及模壓密封性電阻器TSL、SL、SLN。長邊電極型的橫豎方向與一般產品相反,電極間距短,因此與相同尺寸的一般產品相比,具有熱循環耐性強的特點。而且,因為電極面積大,所以散熱性好,額定功率有所增加。                一般產品                              長邊電極型                 模壓密封型的電極結構如下圖所示,具有減輕熱循環中焊接部份所受應力的效果。
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高電壓用電阻器
高電壓用電阻器電阻器在電路中的用途之一,是通過分壓來檢測高電壓。電阻器有確定的額定電壓和最高使用電壓,使用時需要控制在其範圍內。因此在分壓電阻的高壓側,必須串聯使用多個電阻器,從而導致千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com數量增多,貼裝面積也隨之增大。在這種情況下,通過使用電壓較高的電阻器HV73、RCR,可以減少電阻器的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com數量。特別是HV73,與通用的片式電阻器相比,其電壓係數也比較優異,能高精度完成較高電壓的分壓。一般來說,電阻器體現出的電阻值相對於電壓並不固定。高電壓時的電阻值稍低。電壓係數是表示高電壓電阻值相對於低電壓電阻值的下降率的指標。是取額定電壓或千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com最高電壓(最高使用電壓)中較小的電壓,測量其10%及100%時的電阻值,以電壓的百分率(%/V)或百萬分率(ppm/V)來表示。
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耐脈衝、耐突波電阻器
耐脈衝、耐突波電阻器在瞬間通過較大電流的電路中使用的電流限制用電阻器、在容易被施加靜電(ESD)的電路中使用的電阻器,需要使用耐脈衝和突波性強的電阻器。這裡所說的脈衝,是指功率大、持續時間也比較長(能量大)的過載,而突波是指以ESD為代表的電壓高、持續時間較短的過載。耐脈衝性強的電阻器,是即使瞬間施加較大的功率,電阻體也不易損壞的電阻器。在表面貼裝電阻器中,與金屬皮膜片式電阻器相比,電阻體膜較厚的厚膜片式電阻器(金屬釉膜)通常耐脈衝性更強。在厚膜片式電阻器中,還有透過改進結構、提高了耐脈衝和突波性的SG73、SG73P。而且,電流檢測用金屬板片式電阻器的電阻體是由金屬板製成,耐脈衝和突波性非常強。另一方面,在引線型電阻器中,與絕緣體表面形成了電阻體膜的皮膜型金屬皮膜電阻器、碳膜電阻器相比,絕緣體外纏金屬電阻線的繞線電阻器(CW、CW-H、RW、BGR、BWR)的耐脈衝性更強。而且,使用陶瓷電阻體的固體型陶瓷電阻器,耐脈衝性非常強。而耐突波性強的電阻器,則對ESD等瞬間高電壓具有良好的耐受性。其中包括可以保證ESD耐受性的SG73S。各種電阻器耐脈衝性的差異(示意圖)
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抗硫化片式電阻器
抗硫化片式電阻器硫化是在內部電極※使用銀的矩形片式電阻器(一般為厚膜片式電阻器)中發生的現象。在含硫環境中使用電阻器時,從保護膜與外部電極的縫隙之間進入的硫與電阻器內部電極的銀發生反應,生成硫化銀(絕緣物),導致電阻器斷線的現象稱為矩形片式電阻器的硫化斷線。硫化機制            除了溫泉和火山附近產生的硫化氣體含硫外,燃燒重油等也會產生硫。而且,車床的機油、電纜和輪胎等橡膠製品有些也添加了硫。因此,在這種環境中或產品附近使用的電子裝置,可能會發生矩形片式電阻器硫化斷線,近年來開發出了內部電極使用抗硫化材料的抗硫化型、使硫不易進入內部的硫化延遲型矩形片式電阻器。KOA推出了內部電極採用抗硫化特殊材料的抗硫化片式電阻器。※「內部電極」是指電阻器中不暴露於外部的電極,其作用是建立「電阻體主體」與「外部電極」(用於對基板Pattern進行焊接的電極)的電連接。抗硫化片式電阻器厚膜片式電阻器 RK73B-RT(通用)/RK73H-RT(精密級)/RK73Z-RT(跳線), RK73G-RT(超精密級) 耐突波、耐脈衝片式電阻器 SG73-RT, SG73S-RT(耐突波)/SG73P-RT(耐脈衝)長邊電極片式電阻器 WK73-RT低電阻片式電阻器 SR73-RT高壓用片式電阻器 HV73-RT高壓用片式電阻器 HV73V-RT(汽車用)片式網路電阻器 CN-RT(凹型) /CN-KRT(凸型)[採用範例]工廠、工業設備汽車機床通信基站污水、廢棄物處理設施伺服器、網絡公共基礎設施
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高耐熱、高耐濕薄膜電阻器
高耐熱、高耐濕薄膜電阻器薄膜電阻器具有高精確度、低電流噪音等優點,但在高溫、高濕的環境中使用則存在問題。RN73H在傳統的薄膜電阻器RN73的基礎上提高了耐熱性、耐濕性,在車載等惡劣環境下也可使用。高耐熱性透過為電阻體選用耐熱性優異的材料,除部分尺寸外,其額定功率均高於RN73。而且,透過擴大負荷減輕特性曲線的額定環境溫度和最高使用溫度(使用溫度範圍的上限),高溫時的實際可用功率明顯得到改善,超越了傳統產品。環境溫度100°C時的實際可用功率計算範例RN73 1J 額定功率0.063W×0.455(45.5%)=0.029WRN73H 1J 額定功率0.1W×0.786(78.6%)=0.079W(RN73的2.72倍)高耐濕性在高濕度環境下使用薄膜電阻器可能發生電蝕,RN73H透過在內部使用特殊保護膜,與傳統產品相比,提高了耐濕性,不易發生電蝕斷線。在耐濕負荷壽命試驗中一般來說比較嚴格的車載試驗條件下,也表現出優於傳統產品的特性。耐濕負荷壽命試驗的比較試驗方法保證值RN7340°C±2°C、90%~95%RH、1000時間(1.5時間ON/0.5時間OFFの期)±0.5%+0.05ΩRN73H85°C±2°C、85%±5%RH、1000時間(1.5時間ON/0.5時間OFFの期)±0.1%+0.05Ω
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藍光編碼器走向反射式——iC-PR,iC-PX
藍光編碼器走向反射式簡介隨著在一些應用中不斷增加採用自動化機器,定位設備正成為許多系統的重要組成部分。為了精確控制電機,編碼器正成為最受歡迎的解決方案。編碼器可以基於不同的原理操作,例如:光電、磁性、機械等,提供增量或絕對位置資料。編碼器還可以在需要時攜帶多圈資訊,所有這些可能性都促成了一個靈活的產品,提供不同尺寸,適用於各種環境。由於編碼器的這種高度靈活的性質,以及自動化機器的擴展使用,越來越多的應用開始利用位置編碼器。 為了更好適應不同的應用和它們的特定要求,新的編碼器技術需要不斷地開發和實施。具有藍光的反射式光電編碼器是這種新技術的一個示例,運用該技術 iC-Haus 的 iC-PR 和 iC-PX 系列積體電路已經發佈。本文詳細介紹了這種新技術的特點和優勢。  目錄一、光電編碼器的基本原理和新的挑戰二、透射式和反射式光電編碼器之間的比較三、反射式解決方案四、iC-PR 的特性和組裝公差五、iC-PX 的特性和組裝公差六、優勢七、應用八、總結九、文獻 一、光電編碼器的基本原理和新的挑戰從工業生產線到家用電器,自動化正在參與大多數新產品的設計。在這種情況下,線性和旋轉編碼器是電機精確定位的最終解決方案,替代老舊器件,如電位器、同步器、旋轉變壓器等。 編碼器可以根據不同的原理來操作,例如:光電、磁性、機械和其他。根據感測器類型,編碼器提供增量或絕對位置資料。第一個僅輸出關於增量變化的資訊,通常以 AB 正交脈衝的形式。利用計數處理器對其前向或後向步幅計數。增量式編碼器通常使用一個零位元信號來參考啟動或重定計數值。另一方面,絕對式編碼器傳送完整的位置值,該位置值可以隨時確定 (絕對位置是已知的,而不需要通過零位元標記)。絕對編碼器還可以在需要時攜帶多圈資訊,從而通知編碼器的完整旋轉次數。 所有這些不同的操作模式促成了多樣化的產品,提供不同的尺寸和適合各種環境。由於編碼器的這種高度靈活的性質,以及自動化機器的擴展使用,越來越多的應用開始利用位置編碼器的功能,用於運動控制。 當比較編碼器背後的不同原理時,光電編碼器被認為是最精確的。每一種方法都有其自身的優點,而光電編碼器通常提供最高的解析度和精度。然而,光電編碼器也有它的缺點。由於其光學性質,感測器千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com對灰塵、油和其他可能干擾光路的障礙物敏感。這通常可通過用於編碼器的緊密密封的外殼來解決。高精度光電編碼器面臨的另一困難是位置誤差的影響,這意味著組裝公差通常非常小,導致編碼器的製造過程中複雜性增加,需要高精度組裝技術來達到適當的信號。單獨這個問題就阻礙了許多公司製造編碼器,因為它們的製造過程無法達到所需的精度水準。 關於光電編碼器在一些應用所面臨的另一個困難是編碼器所需的空間。一個光電編碼器必須具有保護殼,並且傳統 (透射) 光電編碼器所需的內部結構導致相當高的高度 (Z尺寸)。這是因為光源 (LED)、碼盤和光學感測器必須垂直對準,並且它們之間具有適當的距離。編碼器的這種最低高度限制妨礙了其被諸如小型化機器人技術的一些緊湊應用所採用。甚至消費產品也進入了精密定位控制的領域,引入了家用吸塵機器人,飛行無人機和家庭自動化 (窗簾、通風等自動調節)。這些產品的製造在大規模地進行,為了具有高生產效率,必須接受組裝變化誤差。此外,一些設備的緊湊尺寸也導致了無法採用大尺寸編碼器,而這通常是工業機器可接受的。 滿足這些要求的第一種解決方案是使用磁編碼器。簡單的同軸磁編碼器可以很容易製造並且只需要非常小的空間,因此是一個符合邏輯的選擇。然而,隨著這些應用的解析度和精度要求也在演變,磁編碼器面臨技術限制。目前的同軸磁編碼器無法達到非常高的解析度,也不能提供相當高的精度,除非使用更先進的技術 (例如: 使用外部插補細分器來提高系統的解析度和精度),但會導致更高的成本。此外,磁編碼器需要更嚴格的遮罩抗磁干擾,這在一些工作環境中可能是非常具有挑戰性的。 市場推動的這些新需求激勵了行業尋找適應光電編碼器特性的方法,使其在這些新條件下也可實現。 二、透射式和反射式光電編碼器之間的比較傳統的光電編碼器依賴於透射光學,這是用於編碼器的一種成熟的且共所周知的技術。 然而,它也有自身固有的缺點,限制了它在某些情況下的應用。另一方面,反射式光學是光電編碼器的另一可選技術,它試圖改進透射編碼器不足的方面。 雖然透射式和反射式編碼器具有相同的基本原理,光學感測器接收由碼盤移動調製的光 ,但它們的物理結構明顯不同。下圖是一個傳統的透射式光電編碼器的基本結構: 如圖1所示,透射式解決方案基本上是通過使用碼盤 (光柵) 在某些限定區域製造光路的障礙物,而使光穿過其他區域。碼盤的主要要求是精確劃分透明和非透明區域。這通常通過光刻工藝來實現,其中塗層材料 (例如鉻) 沉積在透明基板 (例如玻璃) 的頂部。光刻工藝的精度以及透明和非透明區域之間的對比度來決定碼盤的品質。 該技術的優點是光刻工藝成熟且可以達到非常高的精度,允許在碼盤上做非常精細的代碼標記。這為高解析度編碼器帶來更好的信號密度。 另一方面,這種結構也帶來了缺點: 為了獲得良好的效果,照明必須盡可能均勻。這需要一個僅通過將准直透鏡添加到系統來實現的平行光束。這種光學結構大大增加了編碼器的垂直尺寸,這對於許多應用是一個不理想的效果。 另一個缺點是對感測器定位精度的要求與碼盤上的標記的密度直接相關。如果使用非常精確的光刻,則感測器相對於碼盤的位置也必須非常精確,否則信號的品質將受到相當大的影響。這包括感測器的 XY 位移,以及感測器和碼盤之間的距離。如果碼盤上的縫隙非常窄,則在穿過縫隙之後的光衍射將對信號具有更大的影響,因此在感測器和碼盤之間需要非常緊密的氣隙以便接收良好的信號。對於高端編碼器,組裝精度要求低於 0.1 mm,這對於許多製造商來說是不可行的。即使對於能達到這種精度要求的最終產品的製造商,千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com仍然需要仔細的對齊校準,通常逐個對編碼器使用光學或電子方式進行對齊和檢查,然後對產生的信號進行精細校正。這個過程是非常耗時的,限制了製造過程的效率。 上述問題可以通過使用反射式光電編碼器來解決。下圖描述了這種解決方案的結構: 對比透射式解決方案,圖2中看到的最明顯的區別是沒有與感測器相對的准直透鏡的光源。反射式編碼器通過從與感測器相同的一側 (相對於碼盤) 發射光,並選擇性地將光的一部分反射到感測器。在這種情況下,碼盤的基本特性是反射區域和非反射區域間的分割 (相比透射盤的透明/非透明特性)。和透射盤一樣,信號的品質取決於碼盤標記工藝 (光刻) 和分割區域之間的對比度 (在這種案例,反射/非反射)。 該解決方案在物理尺寸方面的明顯優勢是顯而易見的。無需准直光學器件,而且 LED 光源與感測器在同一側,總體積可以大大減小。與透射式解決方案相比,單獨這個因素已經使得編碼器能夠適應更廣泛的應用。緊湊尺寸光電編碼器是可行的,它們也有傳統光電編碼器的許多優點。 反射式編碼器解決方案可以用不同的方法實現,典型的示例是在感測器和 LED 的頂部添加塑膠透鏡,以便將光束成形為所期望的形狀。然而,使用無透鏡設計可實現更好的解決方案。完全消除外部透鏡是可以實現的,且具有更大的靈活性和穩健性:透鏡需要針對不同的應用而特別設計,這明顯限制了 LED / 感測器和碼盤之間的操作距離的範圍,同時也增加了操作條件的限制,例如允許的溫度範圍。即使沒有額外的透鏡,通過仔細控制光源光斑尺寸也可以實現非常高的解析度。通過這種方法,使用一個標準的LED照明尺寸就已經可以實現中高解析度了。 我們看到最有利的是在這種情況下: 只要解析度保持在合理的範圍內,就能獲得非常小的尺寸,無外部透鏡需求,良好的解析度和精度 (很容易通過插補細分技術進一步提高),以及非常低的組裝要求的光電編碼器。 我們可以比較透射式和反射式編碼器的主要特性:透射式光電編碼器:成熟的技術高解析度和高精度相當的高度 (Z尺寸)組裝困難: 小公差, 操作期間的機械穩定性碼盤到感測器的操作距離小  反射式光電編碼器:良好的解析度和精度易於組裝大機械公差平面設計: 高度降低碼盤到感測器的操作距離大  三、反射式解決方案 反射式光電編碼器的原理已經公佈了一段時間。然而,獲得一個有著良好性能的,方便的,且易於使用的集成晶片的難度將其局限於能實現的少數製造商的少數產品線上。 最近推出的 Encoder Blue® 產品 (帶有藍光 LED 作為光源的光電編碼器) 也被證明可用於反射式編碼器。Encoder Blue® 技術提供了許多優點,例如:更高的效率 (在相同的光功率,更低的操作電流),更高的信號清晰度和對比度,較小的輸出信號抖動. Encoder Blue® 藍光技術已經用於 iC-Haus 透射式光電編碼器 (例如 iC-PT H系列和 iC-PNH 系列),但這些特性也可以顯著改善反射式編碼器的信號。因此,iC-Haus 結合了 Encoder Blue® 技術和反射式編碼器解決方案的優點,發佈了全新的增量式光電編碼器晶片 iC-PR 系列和 iC-PX 系列。 四、iC-PR 的特性和組裝公差第一個攜帶藍光反射式編碼器技術的產品就是 iC-PR 系列。這是一個無透鏡反射光學設計的增量式編碼器。 ABZ 正交數位輸出是可行的,利用插補細分可獲得高達16倍碼盤上原始代碼物理標記的解析度。這種插補細分是通過引腳配置在晶片上實現的。在輸出端提供類比信號的可選功能。類比正弦/余弦信號可以連接到外部插補細分器,用於增強細分。 正如預期的 Encoder Blue® 解決方案,iC-PR 也集成了一個藍光 LED 用作照明源。該藍光 LED 技術具有所有前面提到的優點,並且由一個閉環控制電路驅動,該閉環控制電路根據由感測器產生的信號的幅度來自動適配 LED 電流。這樣可以確保編碼器的穩定運行,補償諸如由於溫度或老化效應引起的 LED 效率偏差的變化,或者甚至補償 iC-PR 和碼盤之間氣隙的機械變化。 iC-PR 系列由不同的型號 (iC-PRxxxx) 組成,每個都具有針對特定碼盤直徑和解析度優化的高密度相位陣光電感測器。所有可選功能都由引腳配置,因此不需要耗時的編程過程。 iC-PR 系列的主要特點如下:ABZ 正交輸出,帶零位元信號無透鏡設計針對 Ø4 mm, Ø14 mm, Ø26 mm 和 Ø43 mm 的反射式碼盤進行了優化單片設計: 集成了高密度相位陣,信號調節,類比/數位轉換和 LED 功率控制集成藍光 LED 與自動功率控制: Encoder Blue®數位 (1倍至16倍細分) 或模擬 (正弦/余弦) 操作最小信號沿距控制 (80 ns, 1 μs, 10 μs)可選的 Z 脈衝 (零位) 寬度工作溫度: - 40 °C 至 + 105 °C引腳配置optoQFN 封裝 4 x 4 x 0.9 mm低功耗: 典型值 20 mA (包括 LED) 使用反射式編碼器解決方案最重要的好處之一是寬鬆的組裝公差。對於 iC-PR 系列,典型的組裝精度要求如圖3所示。 該圖顯示,公差比透射式編碼器的標準值大幾倍。這裏的一個重要值是可接受的操作距離,範圍從 1 mm 到 3 mm,只要它保持在這個範圍內,允許變化。這種寬容差可以通過感測器的精密設計以及自動控制的 LED 功率來獲得。 五、iC-PX 的特性和組裝公差對於不需要 iC-PR 中包含的各種功能,但仍然想利用緊湊的尺寸和寬鬆的組裝要求的相對簡單的系統,iC-Haus 提供 iC-PX 系列。 iC-PX 適用于 AB 增量系統 (正交信號,無零位元標記),並且不提供類比輸出模式。這促成了更小的晶片尺寸,適用 3 x 3 mm optoDFN 封裝。 iC-PX 系列的主要特點如下:AB 正交輸出無透鏡設計針對 Ø26 mm 和 Ø32 mm 的反射式碼盤進行了優化單片設計: 集成了高密度相位陣,信號調節,類比/數位轉換和 LED 功率控制集成藍光 LED 與自動功率控制: Encoder Blue®數位輸出 (引腳可選擇1倍至16倍細分)工作溫度: - 40 °C 至 + 105 °CoptoDFN 封裝 3 x 3 x 0.9 mm低功耗: 典型值 13 mA (包括 LED) 由於不帶零位元標記,感測器相對於碼盤的位置甚至更加靈活。六、優勢標準封裝: 該全集成解決方案採用用於 iC-PR (QFN尺寸,帶光電感測器的玻璃窗) 的 optoQFN 封裝,以及用於 iC-PX 的 optoDFN 封裝,大大簡化了 PCB 設計。封裝以及晶片高度與其他 QFN / DFN 標準晶片相同。這消除了市場上其他反射產品所需要的創建特定PCB千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com占位的麻煩。圖5:iC-PR , iC-PX的標準QFN/DFN 千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com占位和尺寸更高的溫度範圍: iC-Haus 的所有反射式編碼器晶片都實現了無透鏡設計。這降低了模組的高度,並提供了前一章提到的其他優點。其他解決方案需要在系統的頂部放置一個塑膠透鏡,然而 iC-Haus 的技術是不需要的。塑膠透鏡不僅增加了系統的高度,而且還限制了最高工作溫度,通常為 + 85 °C。使用 iC-Haus 的無透鏡反射技術,最大工作溫度為工業通常要求的 + 105 °C。 更寬的操作距離: 帶透鏡的反射式解決方案的另一個限制是感測器和碼盤的操作距離範圍。由於透鏡的焦距,距離容許範圍窄,通常為 ± 0.25 mm。iC-Haus 的反射技術結合了無透鏡設計與自動 LED 功率控制,將允許的操作距離範圍增加到 1 至 3  mm,始終具有穩定的輸出。 更高品質的信號: iC-Haus 的反射解決方案還集成了藍光 LED 和高密度相位陣光電二極體,針對不同的碼盤尺寸進行了優化。藍光 LED 和藍光增強型高密度相位陣光電二極體產生了具有更高對比度的更清晰的信號。這促使降低輸出抖動,即使在細分之後。光電二極體針對覆蓋多種直徑範圍的不同碼盤尺寸進行了優化,甚至超緊湊的 4 mm 直徑的碼盤也在內。當使用模擬輸出進行外部插補細分時,這種優化尤為重要,因為正弦/余弦信號的品質保持卓越,允許高精度和高解析度插補細分。图6:反射式编码器传感器基本光学设计和光线追迹模型易於使用: iC-PR 和 iC-PX 系列完全可由引腳配置,避免了編程和校準的複雜性,從而減少了編碼器的製造時間。以及寬鬆的組裝公差,可以顯著提高編碼器生產線的總體效率。七、应用反射式编码器可用于不同的应用,有时可用于替代其他类型的编码器,在某些情况下可用于当前编码器技术尚未达到的新应用中。大多数具有增量定位检测的运动控制装置可以利用 iC-PR 或 iC-PX 系列,但反射式编码器的主要焦点在紧凑型编码器应用,例如:    小型电机和执行器    工业自动化机器人    消费机器人    增量式编码器    单轴或多轴定位平台 八、总结从工业机械到家用电器,所有领域的自动化水平正在迅速提高。这对编码器提出了新的要求,编码器是运动控制的基本设备。在这方面,反射式光电编码器是一种新技术,它结合了高性能和紧凑的尺寸。特别是采用蓝光编码器技术的 iC-Haus 反射式光电编码器不仅提供小尺寸,而且提供稳健性和优越的组装公差,同时还提供卓越的输出信号。iC-PR 和 iC-PX 系列易于使用,适用于各种增量式编码器,不会给制造过程带来复杂性。这使得更广泛的产品能获得精确运动控制的好处。 九、文献[1] Wikipedia: Rotary Encoder, https://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_encoder[2] Absolute Encoder Design: Magnetic or Optical?, Whitepaper iC-Haus, http://www.ichaus.de/wp6_magnetic_vs_optical[3] iC-PR Series – Reflective Opto Encoders, Datasheet iC-Haus GmbH www.ichaus.de/PR_Series_datasheet_en[4] Basics of Rotary Encoders: Overview and New Technologies, http://machinedesign.com/sensors/basics-rotary-encoders-overview-and-new-technologies-0[5] Basler S. (2016) Encoder und Motor-Feedback-Systeme, Springer Vieweg 文章(资料来源于iC-HAUS官方网站)
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高度集成化電路趨勢---無源器件內置 XR73
省空间方案——无源器件内置简介:随着科技的日益发展,无论是工业产品,还是各种消费类千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com产品,对体积和空间的要求越来越严格。例如,世界第一台计算机的体积犹如一座小楼,而如今的计算机却可以做到如手掌的大小,人类文明的进步,造就了工业和技术的高速发展。同样在各种高速发展的科技信息行业中,集成电路发展有着急剧的变化,从lead引线千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com到大规模的SMD,从简单的单层PCB发展到多层PCB通孔连接,从高功率大体积到低功耗小尺寸的变迁。而近些年来嵌入式电阻和电容的技术又走在了科技的前端,也将代表着下一个时代和未来的趋势。在此之前,人们已经发明了多层PCB板技术,其中核心的部分就是大家熟知的微过孔技术,其不同层的PCB布线通过激光通孔,附铜连接。在应用中,在一定程度上减小了PCB电路布线的面积,只留下元器件所需的空间和尺寸。而无源器件的内置技术,将更有可能改变电路设计的面貌。微过孔电路实现了更高的密度、更轻的重量和更好的性能,但电路板本身仍是许多导线的连接体。而采用无源器件内置技术后,电路板将变得完全不同于以往。其被动器件(如:电阻、电容)将会被集成在PCB内部,而外部不会留下任何无源器件,这样PCB的空间和尺寸会被压缩至最小!无源器件内置是一个相对较新的概念,目前诸多公司都在接触和研究这个新的技术,因而在国内市场上还未得到普遍应用,造成这个情况的制约因素主要有两点:1、国内目前未有整套完整的体系去验证该计划的可靠性以及稳定性。2、PCB厂家的生产加工技术,需要高精密的仪器和生产技术才能配合到嵌入式PCB的设计和开发。但就算是存在着诸多难点,为什么要内置它们呢?究其根本原因无非就是电路板表面空间紧张,客户产品在往小型化,高度集成化方向发展。在典型的生产装配中,占生产成本很小的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com部分可能会占据PCB大部分的空间,并且这个情况越来越严峻。因为我们设计的产品需要支持越来越多的功能,导致其项目设计中要支持更多的功能、更高的时钟速率和更低的电压,这就要求有更多的功率和更高的电流。同时还需要对电源分布系统进行很大的改进。这一切都需要有更多的无源器件(如:电阻、电容),而无源器件的增加,势必会占据相当大一部分PCB空间。无源器件内置的优势:      1、 节约了宝贵的电路板表面空间,缩小了电路板尺寸并减少了其重量和厚度。      2、 嵌入的方式由于消除了焊接点,因此减少了引入的电感量,从而降低了电源系统的阻抗,可靠性得到很大提高(焊接点是电路板上最容易引入故障的部分)。      3、 无源器件的嵌入将减短导线的长度,并且允许更紧凑的器件布局,从而提高电气性能。嵌入式电阻:目前市场环境中某些制作嵌入式电阻PCB的方式是采用双金属层结构——铜层与一个薄的镍合金层构成了电阻器元素,然后通过对铜和镍的蚀刻,形成具有铜端子的各种镍电阻,并且直接与布线相连接,然后这些电阻器被层压至电路板的内层中。该技术已经被应用于通讯设备中,如:卫星、基站。而在医疗千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com设备、航空千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com设备和电脑设备中也得到了应用。嵌入式电阻不仅可以节约空间、减少重量和尺寸。同时也可以提升千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com性能。日本专业电阻生产商KOA在电阻行业有长达60年以上的生产和研发经验,对应着新型PCB工业的技术,当然也不会落后,其XR73系列电阻,可以完全内嵌于PCB设计的电路中,并拥有很好的公差和其他标准的电阻特性,XR73系列电阻为一个单独的抵抗体,较上述部分的嵌入式电阻方式,在阻值误差,温漂,以及一些噪声和各批次间的一致性身上有着独特的优势,因为XR73是个完整的个体,是采用标准的电阻生产技术来完成的,其温度控制和功率控制,以及阻值控制部分都存在着很大的灵活性,并且该系列嵌入式电阻的应用,可以在宽大的双面铜电极上直接进行微过孔连接PCB的布线,所以辅助PCB的印制,少了很多工序,可以直接层压到PCB中。如下为KOA XR73的基本框图以及相关的尺寸:                                可以从图中看出,其内部架构,保护膜,基本散热部分,电极部分都是十分的完整。并且其中有两个部分有着和突出的表现:1.     面积很广的双面电极。2.     非常低的厚度值,可达0.14mm.在嵌入式无源器件PCB中采用该系列的电阻应用有着如下的优势:1、高集成度。该系列应用通过三维可视化的安装方式较普通的SMD贴片有高精准性和稳定性的优势。2、高散热性。大家熟知,如果嵌入式电阻的温升过高,将会造成整块PCB的热量过大,后续不得不借助外围器件散热,而XR73系列在温升控制方面非常优秀,采用导热率高的树脂充当电阻外层的保护膜。          3、高可靠性:将电阻层压至PCB中,而PCB外层相当于电阻的物理环境保护膜,所以对电路的稳定性有很大的提升。     4、高优异抗弯曲性及抗震性。内嵌式电阻较大的弊端的一部分在于电阻一旦潜入在PCB内部,它的电极部分被固定,当热胀冷缩,和外部高强度机械应力弯曲电路板时,会对内嵌的电阻有个非常严峻的考验, XR73系列采用了相关的技术能够承受一定程度的弯曲和热胀冷缩考验,并且KOA内部的测试针对该项目的要求也十分严格,采用大批量的弯曲0mm~1mm,0mm~5mm规格,测试后电阻的误差必须控制在公差范围内。5、非常优秀连接性。 在上文中也提到过微过孔技术,内嵌式电阻再加上微过孔技术,不仅可以将电阻内嵌在PCB中,并且PCB还可以多层化,而这样就会更加节省空间。XR73系列最大亮点在于,它是双面电极,并且电极部分是由Cu制成,具有很强的抗震性,而这一特点有着非常显著的应用---那就是XR73系列可以在电阻的电极上实施微过孔技术的同时与多层PCB的连接。   总结:    其无源器件的嵌入式PCB,将会是一个趋势,目前国内诸多的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com产品和一些终端设备的研发和制造商,都非常关注这个领域,将其作为一个技术的贮备,不断的去探索。嵌入式PCB可能较普通PCB的生产成本会提高,但是其对设计的改进(更小的尺寸,更少的层数,更轻的重量),安装费用的节省(从双面安装变成单面安装),以及带来的性能提升都应该被考虑到。随着工艺的进步、产量的增加以及竞争方的合并,成本必然会下降,应用也将会更广泛。
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iC-PR 系列 藍光反射式編碼器 (新產品)
新产品:iC-PR 系列 蓝光反射式编码器       iC-PR系列是一个先进的光学,反射式,无透镜的编码器,具有集成的高密度相控阵光电传感器和一个蓝色LED。芯片提供高信号质量与宽松的装配公差。差分数字ABZ输出有或没有插值,或输出模拟SIN/COS带索引可选择使用。典型应用于电机控制的增量编码器。蓝色增强的光电传感器适应嵌入的短波长蓝色发光二极管,并提供低抖动输出由于提高了信号对比度。独特的蓝色发光二极管和传感器装配技术以致具有低光学串扰。 特征无透镜反射式光电编码器芯片,紧凑,高分辨率,增量合适的反射式编码盘Ø 4, Ø 14, Ø 26 和Ø 43 mm单片高密度相控阵列具有良好的信号匹配性能集成蓝色LED具有功率控制功能,EncoderBlue ®低噪声信号放大器具有高EMI容忍引脚可选操作模式:数字A / B / Z(x1,x2,x4、x8、x16的插值);模拟COS / SIN带用模拟或数字Z信号索引选通:不选通( 1 T ) ,B选通(0.T),AB选通(0.25 T )引脚可选择最小边缘距离:80 ns, 1 μs, 10 μs互补正交输出 PA, NA, PB 和 NB互补索引输出 PZ 和 NZ模拟信号输出便于装配对准和通过外部插补器提高分辨率工作温度范围:–40℃ ~105℃紧凑无透镜optoQFN封装(4 mm x 4 mm x 0.9 mm)可提供评估套件 应用增量编码器微型马达和执行器X-Y和线性应用工厂自动化机器人消费机器人
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17位元絕對值磁編碼器-MU1C離軸電機回饋模組
MU1C離軸電機回饋模組應用旋轉編碼器電機回饋運動控制 特性磁性離軸絕對位置編碼器模組17位元位置資料輸出通過BiSS/SSI快速串列介面正交ABZ信號輸出通過RS-422線驅動器iC-HF或Sin/Cos輸出通過線驅動器iC-MSA可編程解析度1到32,768 (FlexCount)位置預置功能旋轉速度達12,000 RPM5V電源供電具有反極性保護工作溫度範圍 -40 °C 到80 °C評估板套件包括磁碼盤MU2S 30-32N和線纜配置用戶圖形介面軟體帶自動校準功能方框图:
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iC-MU150離軸磁性游標編碼器 - 極寬1.50 mm
iC-MU150特性集成霍爾感測器雙軌道掃描霍爾感測器優化為1.50mm極寬(主碼道)信號調節偏移、幅度和相位12位元解析度的正弦/數位即時轉換(14位元過濾)2軌道游標絕對值計算高達18位16、32或64極對測量距離使用兩個iC-MU150增加測量距離與外部多圈系統同步從外部EEPROM使用多主機 I2C介面配置相容的微控制器串列介面(SPI,BiSS,SSI)增量正交信號帶索引(ABZ)FlexCount®:靈活的解析度設置從1到65536CPR 應用旋轉絕對值編碼器線性絕對尺度單圈和多圈編碼器電機回饋編碼器無刷直流電機換向空心軸編碼器封装图:方框图:
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高精度 - 正弦/餘弦插值餘弦插值細分法
高精度-正弦/餘弦差值細分法現有的驅動控制器需要配備有高分辨率的磁電或光電定位傳感器以實現速度控製或者定位的功能。所使用的傳感器需要專門配備集成電路,用於傳感器信號的調節以及正弦/餘弦信號向數字信號的轉換此份白皮書描述了"細分器";在正弦/餘弦信號向數字信號轉換(S/D轉換)的方法以及相關技術挑戰,其同樣也討論了與傳感器相關的測量誤差以及對其補償措施,並展示了最新的芯片解決方案以及如何對其進行選擇。目錄:1.  正弦/餘弦信號向數字信號的轉換方法..........21.1 快閃型(Flash) 轉換器.......................21.2 矢量跟踪轉換器.............................31.3 採樣保持型的SAR轉換器......................41.4 持續採樣A/D轉換器..........................41.5 插值細分組件對比...........................52.  带有示例的测量误差.........................62.1  信號調節的概念............................93.   總結......................................134.   參考文獻..................................13 白皮書正弦/餘弦信號向數字信號的轉換方法高精度的磁力或者光電傳感器[1]可以將角度信息或者長度信息以90度角的形式進行編碼並轉換為正弦或者余弦信號。其中使用細分器進行非線性的A/D轉換,其用於將正弦/餘弦信號轉換為轉角階躍(參見圖1),其可以用增量信號也被稱為正交信號進行展示,也可以用絕對數值字段進行展示該字段所表達的正弦信號的相位角。圖1:通過”細分器“的角度轉換非線性轉換函數通常使用反正切函數,這樣相位角PHI可以直接從正弦和余弦電壓中獲得。多種A/D轉換概念可應用於:快閃型轉換器,例如iC-NV,使用了多個獨立的比較器;矢量跟踪轉換器,例如iC-NQC以及iC-MQF,其僅配備了幾個比較器,用於對控制器在向上或者向下的方向上進行初次信號採集,然後對所輸入的角度進行跟踪;SAR轉換器,例如在iCMP中提及的,在基本原理上與矢量跟踪轉換器相似,但會保持輸入信號直至獲得相應的計數值;使用線性A/D轉換器(例如:在iC-TW8中使用的)也可以進行角度計算,其中該A/D轉換器可以分別將正弦和余弦信號進行數字化處理.完全集成了磁電和光電感應的單芯片編碼器,例如iC-MU或者iC-LNB,使用矢量跟踪轉換器來實時提供位置數據[1,2]。1.1 快閃型(Flash) 轉換器圖2展示了一種帶有多個獨立比較器的快閃型轉換器,在不同正切函數閾值時進行切換。至少一個比較器用於??定義一位角解析度,也意味著對其配備的硬件要求非常高,所以需要使用很大的芯片面積–除非放棄精密電路。因此,這種形式適用於較低分辨率同時精度要求也並不是特別高的方案。 圖2:快閃型轉換器快閃型轉換器有很多優點:其比較器可以並行工作並且幾乎同時完成信號轉換。由於在建立穩定的過程中會形成轉換毛刺,因此使用了邊沿距離控制的專利技術用於建立均衡。當連續邊沿到來時,如果其間隔過近會推遲,則會產生一個可計數的輸出信號-電路起到濾波器的作用,而且未受干擾的輸入信號在通過時並不會產生延遲,也就是說該濾波器的作用不會產生任何延遲效果。快閃型轉換不需要進行採樣。因此,由於產生的正交信號不會和任何時鐘信號同步,所以此信號帶有“模擬的”抖動特徵–這種特性對於速度控制非常適用。典型應用於光電或磁性電機編碼器。1.2 矢量跟踪轉換器矢量跟踪轉換技術主要應用於進行更高的解析(參見圖3)。其配備有一個初級比較器,該比較器用於??控制計數器向上或向下計數。數字計數器將數值輸入一個D/A轉換器並生成模擬正切信號。該正切信號同餘弦信號混合,並生成一個正弦信號-然後將正弦信號進行對比。圖3:矢量跟踪轉換 白皮書當系統穩定後,計數器包含相位角並且逐步長或者說逐比特位的記錄每一個輸入信號的變化。這個過程中不會產生階躍。矢量跟踪轉換器的優勢是該系統的功能與時鐘無關,系統僅在輸入發生變化時才會被觸發,這樣可以縮短系統的延遲時間。由於該系統僅需要一個比較器,因此其設計可以做到更加精密。潛在的電路中的偏移誤差會以同樣的方式對所有切換點產生相同影響–可同遲滯現像比較–因此??該系統在精度方面也具備一定優勢。跟踪轉換器輸出遞增信號時會產生相應的模擬抖動。當達到可調的最高跟踪速度的限制時,時鐘同步影響才會顯示出來,例如在輸出信號時發生故障。基於實時以及高解析度的特性,該類型轉換器被作為線性位置測量系統的首選。1.3 採樣保持型的SAR轉換器對於不需要輸出遞增信號的絕對測量系統來說,圖4所展示的採樣轉換器是一種合適的選擇。 SAR(逐次逼近) 轉換器的工作原理同矢量跟踪轉換器原理相似,不同的是逐次逼近寄存器可以更快取得相近的相位角,因為其步長可以更大且工作時不需要逐比特位進行跟踪。圖4:採樣保持型的SAR當受到外部數據請求觸發時,系統通過採樣保持電路對輸入信號進行凍結。在該系統中,模擬信號的穩定時間主要決定了轉換的速率和精度。此類型的轉換器通常應用於電機控制系統以及逆變器等對於角度信號有較高解析度要求的系統中,其可以對模擬編碼信號或者位置編碼信號進行處理。1. 持續採樣A/D轉換器典型的方法:iC-TW8使用持續運行線性A/D轉換器(圖5)然後對相位角進行計算。該系統的優勢在於數字信號處理:信號誤差既可以通過一次性按動按鈕進行初始化校准後消除,也可以持續的通過自動傳感器漂移補償進行校正。圖5:採樣A/D轉換器信號濾波的使用使得解析度超過實際可用A/D轉換器解析度成為可能。合成產生的增量輸出信號的完美佔空比為50%並且幾乎沒有抖動。但是,在系統控制時也需要考慮對由於信號處理所導致的幾微秒的恆定延遲時間。該轉換器主要應用於高解析度的線性測長儀以及受益於提供自動信號校正的旋轉式編碼器系統。插值細分組件對比 無須贅言,使用什麼種類的轉換器由其應用範圍決定:選擇跟踪轉換器iC-NQC以及iC-MQF的原因是因為其具有實時的特性,最小延遲時間不超過250 ns,這通常通過模擬路徑運行時間決定。對於採樣轉換器iC-MR和iC-TW8來說,測量數值時的穩定時間(參見表1)至關重要,其決定了可能實現的採樣率。 iC-MR可以在2微秒內使用13bit對角度位置進行解析,而連續運行轉換器iC-TW8需要24微秒並採樣6個樣本用於更新位置數據。另一方面,如果速度是恆定的,iC-TW8可以通過可調的數字濾波器將現有的延遲期降低到4微秒內。和旋轉變壓器的處理一樣普通,然而輸出位置信息能在相當短的時間內追趕輸入角度。表1:轉換特性白皮書 除解析度外,同樣需要考慮精度,轉換器的精度不僅同A/D轉換器的處理器質量相關,同時也與信號調節的範圍值相關。每個針對信號路徑進行修正的D/A轉換器都需要預留芯片面積,相應的也會導致成本的增加-因此對於電路設計者來說需要進行優化設計。表2中器件比較顯示iC-MQF轉換器的解析度與iC-NQC的解析度相比要更低。不過,由於具有更精密的分隔信號調節,因此其精度更高。安全導向的編碼器系統需要一些附加功能:iC-MR器件具有特殊的診斷功能,例如:信號和溫度監控,內存檢查以及錯誤模擬。對於控制器通訊,一個並行接口以及多個串行接口都可用。通過設置BiSS C上的位置數據輸出,可以增加安全計數數據及擴展至16位CRC校驗。表2:操作特性2.      帶有示例的測量誤差如有必要,需要對圖6中示例指示的在磁環掃描過程中使用磁阻傳感器導致的測量誤差進行考慮。 圖6:帶有誤差源的應用實例 白皮書 潛在的誤差源可能是: 不精確的磁化測量目標磁阻傳感器偏移或者幅度導致的信號誤差不精確的傳感器位置對齊導致的正弦/餘弦相位誤差錯誤調節或調節不足導致的信號誤差不精確轉換導致的測量誤差如果沒有相應的抵消措施,會產生錯誤的插值細分結果,因此增量輸出信號明顯抖動較強。一方面機械角度變更導致的輸出抖動是可以接受的,但是另一方面由於測量系統誤差導致的抖動是無法接受的-令人遺憾的是,無法對這兩者進行區分或者匹配。因此,對於潛在誤差源的精確認識是非常重要的。角度計算公式表明了我們需要對哪些信號誤差進行考慮:公式:通過反正切函數的角度計算 與其相關的誤差源有:偏移電壓,與理想相位差之間的偏差,正弦與餘弦幅度之間的偏差,可能的諧波波形扭曲。因此,我們需要知道這些信號誤差是否需要進行“調節”或者該誤差可以被忽視。 三個案例估算對調節精度的要求:磁性,同軸,1CPR:0.1度(12位)精度:       要求信號誤差 磁性,離軸(32對磁極),64CPR:0.1度(12位)精度:       要求信號誤差光電,離軸,2048CPR:20秒(16位)精度:       要求信號誤差 白皮書 案例1:如果期望機械角度精度為0.1o(12位/每轉)同軸霍爾傳感器系統,每轉提供一個正弦週期信號,那麼可以推斷出每個信號誤差必須低於0.2%。儘管人工手動調節非常費時且對於現有的測量設備也是一個很大的挑戰,但是仍然可以實現精度調節。調節工具參見:http://www.ichaus.de/tool??s適合的器件:iC-NQC,iC-TW8,iC-MR 案例2:使用磁阻傳感器採樣磁環時,可降低對插值細分深度和技術上信號精度的要求。儘管如此,更加精確的調節仍然需要依賴於測量目標磁化的精確程度。輸入頻率隨著極數的增加而增加-由於插值細分倍數的減少,因此其對於矢量跟踪轉換器來說也並不是問題。適合的器件:iC-TW2,iC-MQ,iC-NQC,iC-TW8。 案例3:關於光電編碼器系統,例如2048正弦週期每轉,應該進行更精確的解析,其對於信號調節的要求似乎並不是特別高。但是,通常光柵誤差一般已達到最大允許測量誤差,這樣額外的信號調節誤差就無法接受了(參見表3)。因此,由於較高的輸入頻率,對於細分電路的要求變得相當高。採樣組件例如iC-MR是必需的。表3:與校準相關的角度誤差 白皮書 2.1 信號調節的概念 為獲得較好的細分結果,傳感器信號需要進行調節[3]。器件iC-MQF及iC-MR應用於模擬前端(AFE,參見圖7)用於信號調節,其通過多個D/A轉換器進行調節。與之相對,iC-TW8使用自身調節數字信號校準。 用於信號調節的模擬前端(AFE)圖7:用於信號調節的模擬前端精密儀表放大器提供了一個粗糙的放大信號用於信號適應,同時通過精細調節器平衡信號差異。進一步通過D/A轉換器在前端進行偏移校正,其可以根據信號跟踪校正。前端可以測量信號中的DC部分或傳感器供電作為參考信號。另外,電流控制器可以提供一個穩定的條件,例如通過為磁阻傳感器供電或為光學系統中的LED供電。此處的優勢在於,如果在室溫下進行調節,校準精度不會隨溫度的變化而變化。 關鍵特徵:集成的電流/電壓轉換器以及電壓分配器已校正偏移的儀表放大器獨立的可粗調或微調的放大因子通過跟踪偏移參考進行傳感器漂移補償通過調節傳感器供電實現信號穩定(總計值或者李薩如圖)白皮書 數字信號校正 在模擬路徑中,iC-TW8僅具有粗放大和粗偏移調節器,以便使輸入信號處於A/D轉換器的最佳工作範圍中。 (參見圖8)圖8:帶有A/D轉換器的FPGA 前端以及數字信號校正器相應的,僅有數字信號進行校正計算。可以通過一個精密的漂移監控器對出廠校准進行評估偏差,用於設置警報。角度位置通過CORDIC算法(坐標旋轉數字計算法)進行計算。 關鍵特徵:可調的粗放大因子(6 到45dB,3dB每步)可調的模擬偏移校正(100mV每步)數字偏移以及偏移漂移校正(244 μV每步)對幅度差的數字補償(0.02%每步)數字相位校正(0.056o每步)概念優勢兩個概念都展示的優勢:電源接通後,當系統處於??停止狀態時,模擬信號路徑已校正穩定,因為傳感器供電在校準時已調到最佳信號狀態。在信號路徑上沒有額外的延遲時間,因此可以很快地獲得細分結果。對於初始化出廠校準,可能需要配備自動的測量設備。數字校正利用現有的運動,要么通過最初定義的最合適的靜態適應,要么在應用中對其動態漂移進行長期不斷的補償。校準的測試設備不是必須的,且可以通過自動方式或按動按鈕進行現場重新校準。這有利於由客戶自行安裝的模塊化系統。表4顯示關於實現的補償功能的器件對比白皮書 器件特徵概覽 iC-NQC 13位信號調節插值細分芯片 實時增量輸出 BiSS絕對接口具備週期計算BiSS從機BP1,SSI   iC-MQF 可編程帶RS422驅動的12位正弦/餘弦插值細分芯片實時十進制增量RS422故障保險傳感器供電控制白皮書 iC-MR 帶控制器接口的13位採樣保持正弦/餘弦插值細分器 BiSS或嵌入式單圈和多圈處理安全監控特性 關鍵特性:快速採樣保持細分:2us,精密信號調節,源控制輸出(ACO),1Vpp線驅動輸出,並行8位單片機接口,串行接口(BiSS/SSI,SPI),I²C,12位A/D轉換器(溫度感應)安全特性iC-TW8 帶有自動校準16位正弦/餘弦插值細分器 自身校准單次/不斷完美增量信號 關鍵特性:250ksps,16位,恆定延遲時間(24us),延遲恢復到4us(伺服環路),二進制/十進制0.25倍至16384倍,後置AB分配器[1/1到1/32],輸入頻率125kHz,A/B/Z 8MHz,最小邊緣距離tMTD 31ns,自動偏置,放大,相位,按鈕校準,通過LUT進行扭曲補償,信號質量監測,使用引腳設置,I2C,SPI,3.3V(15mA),5V白皮書 3.   總結使用不同方式對S/D轉換器進行了展示,專門為插值細分,在選擇最優解決方案時應考慮多個重要準則。本章的表格[4]包含最新芯片解決方案,也可以在線下載。4.參考文獻[1] EncoderTechnologiesinComparison:Magneticvs.Optical,Elektronik10/2012[2] 18BitAbsolutEncoder-IC,ElektronikIndustrie03/2012[3] EasyConditioningandSafeTransferofSensorSignals,Elektronik Industrie4/2010[4] ProductSelector Interpolator IC 關於iC-HausiC-Haus GmbH是一家行業領先獨立的德國製造商,為標準集成電路(ASSP)和定制ASIC半導體提供解決方案的全球代表。 30多年來,公司一直致力於在工業,汽車,醫療應用的專用集成電路的設計,生產和銷售。iC-Haus在CMOS技術,雙極技術以及BCD技術方面的單元數據庫專門用於設計實現傳感器,激光/光學以及驅動器ASIC。集成電路組裝在標準的塑料封裝內,或使用iC-Haus板上芯片技術製造完整的微系統,多芯片模塊,和連同傳感器的optoBGA / QFN。更多信息請訪問:http://www.ichauschina.comhttp://www.ichaus.com
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關於更加安全的汽車FET驅動應用
根據IEC 61508和ISO 26262實現功能安全解決方案會影響整個工程過程從集成電路的設計到加工和質量管理。新的ISO 26262標準的目的是在汽車的每一個單一功能實現可比較的和獨特風險評估。本文概述了與微控制器平台及其周邊的情況,還分析了功率FET的功能保護特點。  在汽車領域未來大多數的創新將圍繞新的電子系統,例如電子轉向(X-by-wire),制動輔助系統(BAS),電子差速鎖(EDS)和完整的電力驅動(混合/電動汽車)。這又反過來增加了我們對電子裝置功能安全的依賴,在混合動力汽車或電動汽車達到了新的高度。到現在為止,不斷提高質量設法保持在一個高等級的可靠性–儘管越來越複雜的設計和大量的電子子系統內置到每個汽車。電子安全相關功能的使用,如轉向,操作,和自動制動,要求這些過程的功能安全並且不造成損害,即使當一個簡單的故障發生。 2004年它成為必要的責任,因為IEC 61508適用於所有與安全相關的開發。特別是關於汽車工業,ISO 26262管理著功能安全,目前正在標準化並在未來兩到三年生效。這個新的國際標準作為客觀的文件, 在每一個車輛功能具有可比較的和獨特的風險評估。本質安全硬件  多年來,安全的ASIC /定制芯片設計的特點是ABS和安全氣囊系統的要求,是最先進的技術。然而,如果我們看一看在汽車電子基於微控制器的平台,情況是非常不同的。圖1是一個總框圖顯示在汽車中的一個電子控制單元。除了電池供電,單片機是中央單元處理本地的傳感器信號,與其他子系統通信,並通過功率單元激活執行器。在安全控制器軟件已經有了長足的進步,設計加工管理,和AUTOSAR汽車電子通信系統,汽車SPICE / CMMI和FlexRay。也有一些微控制器已經或即將進入市場,將能夠滿足ISO 26262的要求ASIL D(汽車安全完整性等級D)。至於硬件設計而言,這幾個方面是目前的焦點:電壓監控,傳感器邏輯和功能的監控,傳輸路徑,其次是功率單元的完美驅動。傳感器可以被監測通過硬件和微控制器軟件的邏輯。對於傳輸鏈接,合適的協議有助於可靠地識別並且可能糾正這些故障。功率輸出級的設計是一個特殊的挑戰,例如,在執行器的狀態回讀冗餘可能極具成本約束。圖1:汽車電子控制單元總體框圖單片機和控制單元之間的接口  我們的目標是安全操作功率單元使用來自微控制器的輸出信號。對日益複雜的微控制器趨向於具有較低和更低的功耗,導致了較低的電源電壓,較低的核心電壓,和較輕的I / O電壓在輸出低額定負荷。在復雜的微控制器, I / O 電壓現在一般是1.8 V 到3.3 V。這抵消了不斷增長功率單元的需求–也長期作為48V車載電源,旨在降低電流和電纜損耗。電子驅動,如轉向或剎車,在發生故障時非常關鍵。這裡,ISO 26262定義了四類風險(ASIL A至D),考慮到具體的安全要求和定義的最大允許的失效概率。要求通過技術解決方案,降低風險。具體而言,這意味著關鍵的故障必須被檢測並主動預防故障。功率FET完美的激活是這樣非常的重要。當然也適用於FET驅動器,這是單片機和功率輸出之間的主要環節。當設計FET驅動器,非常重要包括所有的設計參數。下面是典型的: 1. 錯誤監測(從輸出端之間連接的GND或VCC缺失) 2. 驅動電源和啟動特性(例如單片機I/O三態) 3. 注意功耗,負載電流,和開關頻率。  当评判一个驱动器的安全功能,主要关注的是第一级的故障检测和电路如何反应:1.由於印刷電路板或元器件的缺陷缺少接地2.電源電壓缺失或波動3. 兩個輸出連接/短路4. 外部突發瞬變5. 輸出過載和超溫圖2:從FMEA摘錄  本次評測將自動導致一個FMEA或失效模式影響分析。這樣做的目的是為了系統地記錄可能發生的事情和必要的測量,按照IEC61508和ISO26262實現功能安全。在驅動級應用FMEA  FMEA試圖描述哪一個千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com功能和潛在的故障或失效可能發生。失效的原因和影響進行了分析和評估,對整個產品和用戶具有重要的意義。接下來的問題要回答的是如何可能會出現故障–以及如何檢測和防止以避免任何進一步的損害。這些詳細的分析記錄,成為任何集成電路設計規劃的一個組成部分。他們當然也集成在生產過程中,集成電路測試,和產品的質量保證。通過舉例的方式,圖2給出了一個廣泛的FMEA用於FET驅動器的第一頁資料。預防潛在的錯誤是首要的和最重要的,是在產品和之後的操作中具有可靠的檢測。 FMEA可用來確定潛在的關鍵錯誤,他們如何確定,以及如何避免其影響。這些信息直接影響到後續的IC設計。FET驅動器功能安全的一個例子  這些具體的安全措施,通過從一個安全FET驅動器系列的IC模型舉例詳細解釋。圖3給出了一個NMOS邏輯FET驅動電路的原理圖(例如,IRL44N),使用iC-MFL作為一個驅動器。在發生錯誤的情況下IC必須防止NMOS邏輯FET通過一個邏輯信號激活。與所述第一級的故障,驅動器輸出必須保持在一個安全的低電平。除了基本功能,電平轉換(從1.8 V–3.3 V至5 V),功率FET輸入驅動器,iC-MFL的設計保護措施,防止下列錯誤:1. IC缺少GND或VCC2. 輸入開路(例如電纜斷裂或單片機I/O口三態)3. 兩個輸出短路  最嚴重的情況是地或電源電壓VCC的缺失,其中一般標準的FET驅動器不能保證在輸出為安全低。除了傳統的VCC或電源監控,接地監控能力也被包括在器件中。如果地的連接被中斷,沒有這些措施無明確潛在的比率可用於內部邏輯,外部FET通過從IC內部電路將被激活。該器件具有兩個地(GND和GNDR)。  如果一個連接中斷,監控識別故障並關閉輸出級。如果VCC中斷,輸出也明確由一個值約30 KΩ的內部下拉電阻連接到地,從而切換到一個安全的操作模式。為了增加安全性,所有輸入具有施密特觸發級和下拉電流。在單片機的啟動階段,這期間所有的I/O端口三態,這些下拉電流保證了規定的FET驅動器的輸入狀態。 FET驅動器輸出是有效的推/拉電流源,其中拉側連接到地比推側強。如果外部兩個輸出短路,其中一個驅動高電平和另一個為低電平,芯片輸出為低,並保證一個低的電平。輸出具有防過壓保護他們免受突發瞬變(18 V,100 ms)。  FMEA也可以在其他情況下使用,如PMOS-FET驅動電路,或其他輸入和輸出電壓範圍,實現相同的單一故障保護。為了NMOS-FETS和PMOS FET安全驅動,器件提供可調節輸出電壓範圍5 V,10 V和滿幅度電壓。上面的例子只是說明了在工作過程中防止故障措施,並且由IC設計直接影響。圖3:安全功率FET驅動電路前景  如圖所示,實施功能安全系統根據IEC 61508和ISO 26262影響整個工程過程,從集成電路設計到加工和質量管理措施的展開。這將必然導致各部門作為一個團隊在一起工作,為項目開發做出所需持久的和巨大的努力。相應的分析是必要的,在電子工業和其他子領域。    當然也適用於完整的系統級別,例如轉向或製動系統。這是可以預期的,安全功能將日益成為在汽車行業和工業環境的標準。 
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Encoder Blue: iC-Haus 使用藍光LED實現新一代光電編碼器!
iC-Haus 使编码器呈现在蓝光下使用蓝色LED实现一种创新飞跃的单芯片光电编码器iC-Haus 开发用于光学定位编码器的传感器芯片,该芯片搭载了专门针对蓝光设计的光电二极管。产品图片:Encoder blue器件体积小巧的optoQFN封装形式下载文本及图片:http://www.ichaus.de/iC-Haus_Encoder_blue_newsrelease_cn  蓝光的较短波长以及较浅射入深度可以有效地提升增量式编码器和绝对式编码器的性能,例如:分辨率,信号幅度,谐波失真以及抖动性等。同其它波长较长的光线相比,蓝光在相同的间隙宽度下可以产生更小的衍射,因此可以产生更清晰的图像。    现代半导体工艺使加工更加精细的平面结构成为可能,其可以利用蓝光的射入深度浅的优 点提高效率。同时精细的结构也允许光电二极管使用交错布局,这样可以降低编码器正余弦信号的偏移。同时对光敏感区域的高填充因数可以通过等效几何变换来实现。  蓝光  LED 是白光发射的基础,汽车工业和照明技术对于白光发射器都有着极高的需求。  目前,具备较好恒温和长期稳定性的蓝光LED已经可以使用,由于蓝光LED具备更高的产光率和更高的效率以及更优惠的价格,因此目前使用于编码器中的IR 或者红光LED 与蓝光LED 相比,在一定程度上就显得相形见绌了。随着 LED 技术和CMOS 技术的进 展,光学定位传感器在这方面受益显著。iC-Haus 对自己生产的高分辨率iC-PT H 系列的新型增量扫描器进行优化,尤其在蓝光方面。同时为该类型的单芯片编码器的集成平台注 册了Encoder blue商标。  iC-PTH 系列的新型编码器芯片将扫描优化和信号插值细分结合起来,集成在极小的可用空间:带窗口的5x5 mm2optoQFN 封装。通过对光学芯片的相位阵结构进行优化,仅用扫 描最小面积 1.9 mm x 3.1 mm 和一个直径仅26mm 的码盘就可以生成每转 10000 个脉冲。蓝光可以降低噪音,提高信号对比度,同时可以通过提升效率减少光学系统的电流消耗。  该芯片可以输出带零位的低抖动编码正交信号,并通过4mA推挽式驱动器以单倍、 双倍或四倍细分解析度进行精确的机械控制。同时,在电机换向控制中使用集成的附加三通道扫描,替换了常规的霍尔传感器。在这里,码盘定义换向信号,调整码盘就可以很容 易使信号与电机的极对数相适应。  零位信号宽度和细分解析度可以简单地通过芯片引脚进行选择。允许输出频率上限至1.6MHz,这样可以实现每转10000脉冲、电机转速达到约10000rpm的电机控制。可以激活模拟测试信号,以易于位置对齐和测试装配校准。  扫描面积小和高敏感度有助于减小编码器自身所需能耗,5V电源只需产生仅仅几毫安的操作电流。可以有效提升LED的寿命,特别是在电机处于较高运行温度的情况下。该iC-PTH芯片可以调节LED电流,同时对由于老化或者温度影响造成的变化进行补偿。  iC-Haus 提供带有塑料码盘、传感器芯片和可插拔的蓝光LED的评估套,可插拔蓝光LED可用来与使用红外光源的信号质量进行直接比较,且对其优点进行判断。在进行系统设计时需要考虑使用较高的蓝光LED的正向电压,以及在编码器中使用的材料的稳定性  Encoder blue正由知名的编码器生产商进行集中测试和认证,并且有望近期至少在高解 析度产品方面替代目前的红外 LED 和传感器芯片。 欲了解更多信息,请登录 www.encoderblue.com关于 iC-Haus  iC-Haus GmbH 是一家行业领先独立的德国制造商,为客户提供标准集成电路 (ASSP) 以及针对客户定制的专用集成电路ASIC解决方案。30 余年来全球范围内,iC-Haus 一直致力于工业、汽车以及医疗领域的特殊集成电路的应用开发。iC-Haus 在CMOS技术、 双极技术以及BCD 技术方面的单元数据库专门用于设计实现传感器、激光/光学以及驱动器ASICs。  芯片装配有标准的塑料封装,或为了完整的微系统使用  iC-Haus 的板上芯片封装(COB)技术,多芯片模块,或搭载了传感器且使用optoBGA 或optoQFN 的封装。更多信息请访问:http://www.ichauschina.com 。更多问题请详询:Horst Huse电话:+49 8762 2850                         网站:   http://www.ichaus.biz传真:+49 8762 2805                         邮箱:   horst.huse@ichaus.biz 
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明星單品: iC-MB4
iC-MB4 iC-MB4 是BiSS接口主机,配合带 BiSS 或 SSI 接口的编码器。iC-MB4 芯片控制和编码器通信协议,读取的传感器数据能从单片机/DSP读取。寄存器通信和执行通信也集成在 5x5 mm QFN28 小封装或 TSSOP24 封装。iC-MB4 功能特性:和 BiSS-C, BiSS-B, SSI 和 extended SSI 协议兼容可与8个从机(编码器)双向 BiSS 通信,速度高达 10 Mbit/s可编程接口带集成收发器:双通道(TTL或CMOS),单通道(RS422或LVDS)自动补偿线延迟高达64位数据每从机,高达16位CRC每从机SPI或并行接口到控制器(例如:单片机或DSP)传感器数据读取周期可自动触发(AGS)或者从外部信号控制(引脚或命令)。读取数据的CRC校验会自动在 iC-MB4 进行,报警错误如果失败。此芯片使用单个 3V 到 5V 电源,适合应用是任何系统需要读取位置数据或调试 BiSS 编码器,包括:多传感器系统,旋转或线性编码器的控制器,马达反馈系统,机器人,等等。  
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明星單品: iC-PV
iC-PViC-PV: 電池緩衝40位元多圈霍爾編碼器  專門為無齒輪多圈編碼器設計,iC-PV 是低功耗方案帶霍爾感測器,方便用電池供電。晶片超小封裝和經濟實惠,節約成本,低功耗 (10 µA 用 3.0V 到 5.5V 電源) 適合機械齒輪多圈編碼器的替代解決方案。 iC-PV 功能特性:高達40位元多圈數據主電源故障自動切換電池供電串列介面連接帶多圈介面器件 (例如: iC-LGC, iC-MHM, iC-MN, iC-MU)單圈資料登錄連接不帶多圈介面器件 (例如: iC-LNB, iC-LNG)錯誤報警 (配置錯誤,磁場監控,電源監控)    iC-PV 還能當低功耗電池供電平行介面3位元單圈編碼器。晶片電源電壓 3.0 至 5.5 V,操作溫度範圍 -40 ~+125 度,適合工業應用。
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iC-MHM
iC-MHMiC-MHM: 14位元BiSS/SSI磁編碼器晶片帶多圈介面iC-MHM 是絕對角度編碼器,單晶片集成:霍爾感測器,高解析度即時正弦數位轉換,串列介面,多圈介面,RS422和LVDS收發器。全部功能集成在 5x5 mm QFN28 的小封裝。iC-MHM 功能特性:14位元正弦數位轉換 (0.02度角度解析度)BiSS/SSI 通信用集成RS422收發器速度高達 10MHz模擬正余弦波 1 Vpp 差分輸出高達46位解析度 (多圈32位 + 單圈14位)錯誤報警iC-MHM 安全操作速度高達 80,000 RPM (12位解析度),帶安全功能:CRC 校驗輸出 (最多16位CRC), 操作計數,錯誤報警 (霍爾感測器錯誤,多圈同步錯誤等等)。此晶片操作電源電壓範圍 4.5 至 5.5 V,操作溫度範圍 -40 ~ +125 度。晶片配置參數可從 EEPROM 讀取或通過單片機 SPI 介面寫入。
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集成光編碼器用於BLDC 電機反饋
集成光编码器用于BLDC 电机反馈  在工业大多数的电能损耗来自大型电机和固定速度的驱动系统。因此,能效运动控制系统应适应未来实际负载需求应用。BLDC电机满足这一要求通过千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com换向和调速控制。电机磁极绕组换向在最佳的转子位置的是非常重要的,用于减少电损耗当使用可变转速和负载的情况。转子位置反馈可靠性是很重要的,对于运动控制系统的性能。它允许定子绕组精确的换相,最大限度地减少电机电损耗。通常在120°相移UVW 信号用于激活BLDC 电机驱动器的换向。不同的选项可产生UVW信号。这可以使用霍尔传感器或开关,可以组装在绕组中或安装在一个小的PCB 上面;计算软件基于反电动势数据从定子绕组;连接在电机轴上的光学或磁编码器;或先进的单片光学或磁编码器芯片集成电机外壳当中。霍尔传感器或开关广泛用于BLDC 电机,由于其低千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com成本。这种方法需要有效的算法来计算UVW,从测得的反向电动势。同时快速微处理器或DSP 需要减少执行时间和减少额外的延迟时间。这种方法的局限,UVW信号的产生可以在快速负载变化,在低转速和在同步操作上观看到。硬件中检测转子的绝对位置被认为是最可靠的选择。连接在BLDC 电机上的光学或磁性编码器是有利的,当需要高精度动态定位,如果应用对成本不敏感。选择磁/光学电机编码 霍尔传感器用于换向  在一个BLDC 电机使用三个分离的霍尔传感器/开关产生UVW信号基于传感器的安装位置,无论是在定子绕组,或组装在小PCB上,0°,120°和240°,位置相对转子永磁体。在某些情况下,一个磁极环连接到轴可以用。图1 的左边显示了三个霍尔传感器/开关的机械位置,用于UVW信号的产生。UVW信号定位精度与关的转子实际位置取决于安装公差与配合霍尔传感器/开关的灵敏度和稳定性。磁场变化很多,由于超温,转子速度和操作寿命(永磁老化),位置误差很容易累加+ / - 3°或更多。另一种方法使用四个集成霍尔传感器并且信号调理生成正弦/余弦信号,其中在360°转动角度位置是连续可用的。图1的右边显示了霍尔布置。一个小的永磁铁直径在4-6mm连接到转轴,通过集成霍尔桥采集产生循环变化信号。传感器装置允许产生一个差分正弦/余弦信号,对普通的磁场是不敏感的。正弦/余弦信号然后可以通过一个正弦-数字转换器转换为绝对位置值。这种插补通过计算正弦值除以余弦值的反正切。它提供了转子的绝对位置,可配置6~12位分辨率。图 1: BLDC电机位置检测的选择用于换向  现代混合信号集成的研究进展,让霍尔阵列加上所有的正弦/余弦信号调理和插值用于绝对位置,能够在一个编码器IC集成。代替三个分离的霍尔传感器/开关,一个单一的5x5mm封装可以组装在同一个PCB上(参图1)。该Z 信号标志转子的零位置,允许从ABZ信号以简单的方法计算电机的绝对位置,在电机控制和运动控制系统。从绝对位置也可以产生增量ABZ信号可用于监测快速位置变化,以非常低的延迟。图2显示了上/下AB信号编码,用于增量操作。当电机的方向反转AB信号改变其相移。该Z信号标志转子的零位置,允许从ABZ信号以简单的方法计算电机的绝对位置,在电机控制或运动控制系统。用正弦/余弦到UVW,插值单元的换向信号可以产生两个,四个或多个磁极电机类型。在这种情况下,每个换向信号偏移了66°相位。它可以直接控制BLDC驱动单元用于块换向。它也可以通过电机控制器用来产生正弦波换向。一个集成的单芯片磁编码器通常有多输出选项,用于电机控制器或高级运动控制器。但进展远落后于当前的需求。图2: 通过正弦/余弦产生UVW和ABZ 提出了通过单芯片编码器集成单芯片编码器一体化的进展,使一个完整的“片上系统”具有多个输出选择用于BLDC 电机。图3显示了BLDC 电机反馈选项,以iC-MH8作为一个例子。在顶部的UVW 其他信号的输出选项设置,例如绝对位置通过SSI / BiSS接口,ABZ增量和模拟正弦/余弦信号。该芯片包括一个霍尔阵列,模拟信号调理,数字正弦/余弦插值,误差监控,自动增益控制,多编码器的输出格式,UVW电机换向输出,数字配置,线驱动能力,和片内编程。霍尔桥信号调理和放大通过PGA自动增益控制来补偿不同的操作条件,如温度,电源电压或磁场的变化由于温度或老化。图3: 绝对磁编码器电机控制带输出选项芯片上的正弦/余弦信号放大到1 Vpp,并且通过一个差分模拟输出驱动器,用于外部监测或独立的插补。他们也被用于12位实时正弦数字转换器/插补器,以一个非常低时间延迟,小于1μS。12位提供了一个小于0.1°的分辨率。一个绝对位置可读出通过串行SSI(同步串行接口)或BiSS接口(双向同步串行接口)的运动控制器。一个开放标准的SSI / BISS提供高速串行接口,也用于生产线配置。如果需要,集成的RS422 线路驱动器支持长电缆到电机或运动控制器。ABZ信号以2MHz的频率更新并且延迟时间小于1μS。零位可编程256 步(114°)用于增量,192 步(118°)用于UVW接口。也很重要的是要有设置和调理模拟信号的能力。这需要一个高质量编码器输出信号。选择BLDC 电机换向磁极设置,可用于各种不同的电机设备类型。可调设置存储在编码器芯片的RAM并且能够编程到片内非易失性ROM 中,上电后可读。光集成也可能  磁性编码器芯片能够更好的用于非常苛刻,灰尘和严格的环境。然而光单片编码器芯片带换向输出通过光学系统集成同样变为可能。其性能更高一些,但对比表明,两种技术齐头并进。图4显示了两个单芯片光学编码器带增量和UVW输出。这里的分辨率定义是码盘确定的,并且使用三个光学传感器用于产生UVW。电机的极对数定义是码盘设计确定的。例如,四个光电二极管阵列可以提供高达20,000CPR用一个直径33.2mm的码盘。特殊的封装如optoQFN符合这个光学解决方案需要。现在的混合信号集成能力可以提供可靠、高度灵活单片编码器芯片,并且可配置磁编码器反馈选项具有12位分辨率。这与传统的霍尔传感器/开关系统相比较,具有高性能集成到电机壳体。在光学编码器带有集成的UVW输出选择,也是单芯片解决方案的发展趋势。这些趋势支持增强性能提高电机千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com换向的能量效率,通过最好的电机反馈解决方案。图 4: 光学单芯片电机编码器芯片带UVW换向    
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IC-HAUS 驅動中的應用方案
IC-HAUS 驱动中的应用方案 -----------涉及到IC-HAUS电源管理iCs、编码器iCs、24V通信电缆驱动iCsIC-HAUS驱动中的应用方案在工业和自动控制领域为客户提供灵活的电源解决方案,而且供电系统的电压范围宽广。可以应用在工业传感器、旋转编码器、直线编码器等。论文在介绍IC-HAUS的驱动方案前先简介IC-HAUS电源管理iCs。 一:IC-HAUS电源管理iCs IC-HAUS电源管理iCs总共有6个型号,可以分为三个类型:IC-DC,IC-JJ,IC-WD系列。IC-DC在方案中作为电源芯片IC-JJ的特点如下:供电电压VBAT范围6 to 16.5V。在输入电压不稳定的情况下能够稳定输出一定时间---自给功能。静态电流很小,30μA左右。兼容TTL-/CMOS输出模式。12V/30mA三态输出。欠压检测,单线串行总线,看门狗检测功能,ESD保护。 IC-WD系列的特点如下:输入电压范围8-36 VDC效率非常高的降压变换器内部集成了开关晶体管和续流二极管通过外部电阻调节截止电流;100 kHz内部自带集成的振荡器两路降压调节输出分别200mA/25mA输出电流非常低的纹波;ESD保护;温度范围在-40 to 85°C之间SO8和DFN10两种封装格式在PCB布线的时候需要极少的空间二:驱动中的应用方案 如上图所表示的是DC/DC变换器iC-DC的应用。输入电压的范围是在4.5V到32V之间。VCC2给6通道增量光学编码器iC-LTA/iC-PT供电,VCC1给3通道差分线驱动器带集成阻抗匹配的器件iC-DL供电。这种供电方式使传感器件和电平传输器件之间做到了有效的隔离。iC-DL器件的过压和过温报警通过TNER引脚进入iC-DL。通过这种方式将iC-DC的错误信息和iC-DL的欠压和过温监测联系起来。NER管脚将提供两个芯片的错误信息。    图例电路利用了iC-DC本身固有的反向电极保护特性。ZD1, ZD2, D2 to D13 和 电阻 R3组成的保护电路可以防止任何形式的过压输出。工程师在设计这些保护电路的时候可以根据自己的经验,没有特定的要求。具体设计规格参照官网说明。输入电源通过电源管理IC内部的二极管接在IC-DL的管脚VBx上供电,十分方便。  iC-LTA/iC-PT是6通道增量光学编码器,可以应用在直流无刷电动机和工业驱动上。实测输出波形如下所示:可以看出波形对称性很好,波形效果十分理想。波形输入到24V通信电缆驱动IC-DL的输入口,IC-DL输出通过通信电缆输入到100米外的PLC。IC-DL的特点:6通道限流防短路推挽式的驱动3路差动通道的选择集成了30至140欧姆的电阻;供电电压范围很宽在4到40V之间。200mA输出电流;输出饱和电压很低;兼容TIA/EIA standard RS-422。总线输出三态开关;转化无延时上升斜率很高。内部施米特触发器,下拉电阻;TTL and CMOS电平兼容;防压高达40V。RS‐422(EIA RS‐422‐A Standard)是Apple的Macintosh计算机的串口连接标准。RS‐422使用差分信号,RS‐232使用非平衡参考地的信号。差分传输使用两根线发送和接收信号,对比RS‐232,它能更好的抗噪声和有更远的传输距离。在工业环境中更好的抗噪性和更远的传输距离是一个很大的优点。      RS‐485(EIA‐485标准)是RS‐422的改进,因为它增加了设备的个数,从10个增加到32个,同时定义了在最大设备个数情况下的电气特性,以保证足够的信号电压。RS‐485是RS‐422的超集,因此所有的RS‐422设备可以被RS‐485控制。RS‐485可以用超过4000英尺(1200m)的线进行串行通行。      RS485是从RS422发展起来的,采用一对差分线A和B,还有一个使能信号可以使A和B处于高阻态。      RS485标准满足RS422规范,所以RS485驱动器可在RS422网络中应用。RS-485 的数据最高传输速率为10Mbps。但是由于RS-485 常常要与PC 机的RS-232口通信,所以实际上一般最高115.2Kbps。又由于太高的速率会使RS-485 传输距离减小,所以往往为9600bps 左右或以下。iC-DL的封装如下图:IC-DL可以监控VB、VCC和芯片温度;当出现错误的时候让所有的输出级都呈高阻状态,然后置低NER。除此之外,还可以监测VB1, VB2 和VB3的电压差,当绝对误差超过0.75 V时产生报错信号。
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採用iC-haus接口芯片把微控制器接入工業世界
採用iC-haus接口芯片把微控制器接入工業世界工业应用采用嵌入式微控制器时需要特别关注现场恶劣的噪声环境。从供电电压低至+1.5V或者+3.3V到24V工业界,需要仔细设计和决策专门的解决方案来达到安全和稳定的工作。下面的文章描述不同的挑战和设计考虑以及可能的解决方案满足最大可能的功能安全和可靠性。文章描述的内容如下:工业界 — 一个不同的世界有哪些设计挑战电平转换器和驱动器输出信号安全采用分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com还是 ASSP I/O 接口处理24V输入信号噪声驱动激光二极管/LED哪些地方需要省电概要1)工业界 — 一个不同的世界   自从在1970年代发明微控制器以来微控制器趋向于更多的专用衍生和更多的功能和较低的技术门槛。集成更多功能,更大存储器以及低功耗。  对于一个给出的应用,每个人都在寻找“最佳的工作状态”达到最低的成本,最小的空间和最小的功率消耗。为达到这些需求而采用一个新的单片机而辩论。最后的结果是微控制器的供电电压持续降低,在某些情况下内核工作电压低至0.8V,I/O接口电压低至+1.5V。  然而,在工业应用领域,大多数供电和逻辑电平依旧是+24V。使用+24V供电和逻辑电平适应工业应用领域的噪声和恶劣的工作环境。由于这个原因,优秀的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com抗干扰性需要接口耐受高电流尖脉冲、磁干扰、静电放电等等。大多情况下微控制器和工业界的电流或者电压是一个10倍的关系。然而,我们要解决的是安培级或者是伏特级的问题,而不是毫安级或者毫伏级的问题。这就为硬件设计者提出了一个挑战,在两个领域隔离和转换信号电平。这意味着从转换低至1.5V的单片机逻辑电平到+24V的电压摆率在输出或者其他方向的输入。 使用微控制器在嵌入式应用,例如,加工控制、机器人、自动化设备等等。意味着在某种程度上仔细地设计接口,那就是可靠和考虑到安全工作。也有许多标准适用于某些方面的功能安全,例如IEC 61580和EN 60204-1。2)有哪些设计挑战 就工业环境的本质,挑战每个设计的是下面的这些需求:高电压摆率随着快速的dV/dt或者dI/dt转换引起的输入信号和输出信号的交叉干扰接地回路由于系统的分布参数而改变接地电平系统或者软件失效引起的激励端损坏(例如,功率输出级) 由于这些原因,在设计微控制器和+24V工业界之间的接口时下面的这几点需要考虑:微控制器需要多高的电平转换给输出?微控制器需要多高的电平适应于其输入?针对硬件或者软件的故障如何保护输出级?数字的和/或模拟的连接需要什么样的滤波?工业I/O和微控制器之间需要强制的隔离?多大的功率上升和下降行为需要被考虑?哪些失效需要被监控以及如何监控?哪些地方是高功率消耗引起的热斑(例如,高电流或者高频率)?3)电平转换器和驱动器输出信号安全  最初考虑的是着眼于微控制器的I/O端口逻辑电平,然后是明确输出需求的电流和电压。例如,驱动高电流阻性负载,像加热器或者执行机构,需要一个逻辑电平转换和功率三极管或者FET功率前置-驱动器。图1所示的例子是转换+1.8V供电的微控制器逻辑电平,通过前置-驱动器,控制一个高电流+24V FET。来自微控制器的逻辑电平,这个FET支持的切换负载电流大于10安培。图1所示的另一个选择是连接一个高边开关,例如,iC-DP,在36V供电时支持负载电流高达200毫安。  因为在上电时微控制器的I/O端口已经连接到输入,需要特别预防这里。为了避免在这个期间浮动的输入电平转换,如果下拉电阻没有集成到器件内部,需要连接附加的下拉电阻,例如iC-MFL。另一个需要考虑的地方是输出端短路的失效-安全保护监测,监控VCC电压、地和芯片温度。在实际应用中,输出端失效将会引起损坏或者会伤害到使用者,或者损坏昂贵的设备,或许需要一个FMEA分析来满足安全标准(例如,IEC 61508)。   这需要在整个系统级、板级和芯片级做FMEA分析。对于此电平转换和前置-驱动器iC-MFL,FMEA安全电路已经集成到芯片级,而且包括第二个地连接和特殊的地监控。图1:电平转换和驱动功率输出  iC-MFL的输出级设计成最大输出电压为+18V。其他类型的驱动器,像iC-MFN,可用来处理不同的输出电平并且可以直接供电从+24V到高达+40V。在许多嵌入式系统一些数量的输入和输出由于不同的机器配置可以不同以及在I/O端口需要一些不同的组合。4)采用分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com还是ASSP I/O 接口 ?I/O模块化可以使用不同的方法。一个解决方案是板级方案,选择一个不同的I/O模块或者PCB,或者是在嵌入式电路板的芯片级方案。也可能是一个FPGA和分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com组成的输入或输出级,或者使用专用的ASSP。这些特别的设计适用于灵活的和可编程的I/O配置。在嵌入式机械或者机器人应用,传感器和执行机构有时候仅数米远。如果它们采用屏蔽双绞线电缆连接并且在中间接地,那么接地回路通常对输入/输出系统不会有问题。因此,在很多情况下,电隔离(例如,通过光电耦合器电流隔离)是不需要的。这对于系统设计者而言可以减少I/O端口的成本以及增加灵活性。另一方面,数字I/O采用+24V逻辑电平被用来连接开关、数字传感器和在输入侧通过长电缆进行低速串行通信。+24输出也被用于驱动执行机构,例如,继电器、电磁线圈、电机和指示器,例如,灯泡或者LED。对于高速串行传输(例如,SSI/BiSS编码器)在一个高噪声的环境,RS422也通常被使用横跨超过100米的距离。为了达到可靠的工作,使用失效监控,在输入端特别考虑如下:I/O端口可能没有可靠连接检测开路、短路和连接断开提供滤波器抑制噪声、交叉干扰、尖峰或者机械开关跳动检测已定义的信号传输用来产生微控制器中断 在设计输出端时考虑同样重要,例如:耐受和检测短路,检测超温限制灯具产生的浪涌电流以及抑制线圈关闭时产生的电压尖峰支持脉冲输出用于闪烁或功率降低  切换负载使用高边开关输出是较多的首选方法,断开或者接地负载不能影响+24V系统供电。监控不同的电路失效,例如,+24V供电不足,一些丢失地线连接以及由驱动器超温引起的临界状态的应用。具有回读输出端口的选项,或者测量I/O端口的模拟电平用于更详细的诊断对达到功能安全是非常有用的。测量I/O接口模拟电平的方法也用于+24V输入端口。  许多数字功能需要组合的I/O端口,可以在FPGA里做这些端口,然而模拟功能、+24 I/O 以及错误监控需要使用分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com实现。一个专用的、可编程的以及组合的+24V I/O解决方案如图2所示。这个例子是基于ASSP,它通过一个并行总线或者串行SPI接口连接到微控制器,几乎各种微控制器都可以这样使用。  在此应用中电源和地是需要隔离的,iC-JX可以通用一个隔离的(例如使用光电耦合器)SPI接口连接。由于使用了很少的隔离线缆,这是一个明显的成本优势方案。这种情况下,iC-JX的逻辑供电可以从+24V通过一个电压稳压器提供+3.3V,和+5V给数字和模拟电路。  iC-JX也提供所有I/O端口的回读功能。另外,集成的16通道10位A/D转换器支持端口观察,例如,观察+24V模拟输入用于诊断功能。  这些特性提供了功能安全、提高了在线维护能力以及失效检测。当采用一个遥控诊断功能时这会显著的减少维护成本。 对于电压调整器,iC-WD或者iC-DC可以产生两个输出电压用于小的I/O子系统,它结合了一个开关模式的DC/DC转换器和一个 线性稳压器。这会减小模拟电路的纹波以及保持电源自身的低消耗。图2:紧凑的通用I/O和光学隔离  对于这个电路另外的安全性,如果一个错误状态在微控制器内部产生,一个外部看门狗电路也可以监控微控制器是否有效以及禁用所有的16个I/O端口。 5)处理24V输入信号噪声   在输入信号噪声方面,数字的或者模拟的滤波器需要避免被微控制器错误的读入,对于数字信号,iC-JX输入具有内建迟滞数字滤波选项。模拟输入信号可以通过分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com的滤波器或者内建的比较强滤波功能,例如,保持、迟滞或者RC电路。图3所示的是iC-HC的保持功能影响输入噪声。图3:集成滤波的输入噪声滤波功能  此方案是典型的快速测量输入电平以及内建电平转换用于微控制器的输入。此供电电压和差分输入电压可以高达36V。省电方面,iC-HC比较器可以通过使能输入切换到“零功耗”模式。6)驱动激光二极管和LED   使用一个微控制器驱动激光二极管需要恒流源和尖峰释放开关来避免损坏昂贵的激光二极管。取决于电流和切换频率,不同标准的驱动器允许平均电流控制(ACC)和/或平均功率控制(APC)。图4所示的是集成解决方案iC-HG驱动三只激光二极管(或者LED阵列)带可调节的恒流功能。图4:驱动RGB激光二极管/LED高达1安培的电流  上图是典型的RGB光源应用于不同的工业领域,例如激光模块。当设计和测试快速激光驱动电路时,请看另一篇文章,“设计和测试快速激光驱动器电路”。7)哪些地方需要省电   由于工业信号是高电压摆率,功率消耗就成为一个值得注意的问题。对于输出级,当转换频率升高时将会有超温现象出现。一个典型的例子是24V线驱动用于串行通信子系统。一个可选的方案处理这个问题的方法是存储没有终端匹配的传输线反射的信号能量在电容里,并且使用这个能量为驱动器供电。这个方法可以节省高达50%的器件消耗能量,在转换频率小于250KHz时可以减少3个瓦特的器件热消耗。因此,增加了稳定性和减少了散热需求。iC-HX是一个24V线驱动器支持这个功能,仅需要增加一个电容。测试结果显在传输速率为200KHz时,iC-HX的外壳温度从100℃减小到70℃。 减小线驱动的功耗是一个省电的例子。因此,所有运行在高频率和高电流的系统的各个部分都应该仔细评估它们潜在的功率消耗(例如,使用低RDSONFET)。   驱动继电器和电磁阀也是一个特殊的情况,由于继电器(电磁阀)的吸合或者释放状态的特性决定的。考虑到这个特性,驱动继电器和电磁阀需要仔细考虑电路的级别。吸合时间在10-100毫秒时吸合电流需要大于两倍的工作电流,取决于继电器或者电磁阀的特性。超过吸合时间后电流可以减少至少三分之一。这可以采用分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com的RC网络或者脉宽调制电路(PWM)。当可靠吸合之后改变占空比或者改变频率。PWM通过内建FPGA电路序列或者使用一个微控制器PWM输出或者使用一个ASSP器件解决这个需求。图5:集成驱动继电器(电磁阀)省电解决方案  如果也需要继电器或者电磁阀的监控功能,可以采用一个专用的ASSP。图5所示的iC-GE电路用于驱动继电器或者电磁阀,直接从36V供电,兼容典型的TTL输入电平。此器件仅需外接RHOLD和RACT电阻定义所需要的吸合和保持电流。这个集成解决方案实际上改变电流允许相同的继电器可以使用在不同供电电压的应用。为了达到这点,不同供电电压时,PWM输出的占空比和频率需要校准。  这个专用的ASSP解决方案也集成了箝位二极管和维修指示。它也监控线圈的电流、欠压和超温。如果一个错误发生,LED灯会闪烁,也可以用来作为一个中断给微控制器。如上所述,当驱动继电器和电磁阀时,减小器件的功率消耗是可能的。通过特别的考虑,一个板级的解决方案可在项目设计阶段解决。7)概要  如本文所述,当连接微控制器到工业界时有许多特殊的设计考虑。广泛的使用微控制器作为嵌入式解决方案用于汽车、电机以及机械控制系统。当要连接到工业界时设计者需要考虑特殊的需求。幸好,iC-Haus专用的工业ASSP解决方案解决了这些负担,以及解决了设计者在板级的许多问题。     千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com(www.weltronics.com)
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設計和測試快速激光驅動器電路
设计和测试快速激光驱动器电路自从 Theodore H Maiman 在50年前发明激光器以来,激光被广泛应用到各种技术领域,例如通信,工业生产,以及传感器和测量设备。通信行业关注的是高达GHz范围的高速传输频率,工业生产主要关注的目标通常是高速的超短范围内纳秒级脉冲光功率。在传感器和测量应用的挑战是设计快速激光驱动器电路,这是一个非常苛求的任务。下面的文章描述激光驱动器电路设计,PCB布局和光学测量注意事项,以及设计一个脉冲宽度短到2.5ns的理想解决方案。目录集成激光驱动器解决方案快速激光驱动器电路设计注意事项布局要求测量激光脉冲4.1)从示波器到光学仪器4.2)从计算机到光学USB仪器设计检查概要1)集成激光驱动器解决方案 传统的激光二极管驱动器电路通常使用分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com,用于低成本和低性能应用。集成激光驱动器的优势解决方案是: 1.       提高输出功率的稳定性(1%或优于1%)2.       减少板子空间(减少80%以上)3.       错误监控4.       较好的动态性能5.       提高了可靠性/MTBF 用于快速开关,集成驱动器是必须的,因为减小PCB分布电感和分布电容是允许更快速信号变化的主要方法。2)快速激光驱动器电路设计注意事项   用于测量和传感器领域的激光器光源通常是半导体二极管激光器,光学输出功率从几个微瓦到几百个毫瓦。集成电路可方便地和安全地控制半导体激光二极管,光谱覆盖整个可见光到红外光范围。最新研发的全类型集成激光驱动器解决方案支持开关频率高达155 MHz以及激光驱动电流高达300 mA。图1所示的原理图是iC-NZN的应用电路。它的工作电压从3.3V 到5.5V,可以去驱动N,M和P型激光二极管带或者不带监控二极管。 图1.全类型激光二极管驱动器电路  支持两种工作模式,自动功率控制(APC)和自动电流控制(ACC)。光学输出功率各自不同。驱动电流由电阻PMD/RMD设置,如上面图1所示。如果采用一个合适的PCB布局,脉冲宽度可以达到小于3.5ns以及脉冲上升沿和下降沿时长(tr/tf)为1.5ns(最大)。在这种情况下应该采用LVDS输入信号替代TTL电平来减少EMI。iC-NZN的特点是提供了一个低边输出(专门为N型激光二极管优化),iC-NZP的特点是提供了一个高边输出(专门为P型激光二极管优化)。为了保护激光二极管,特别是在APC模式,通过管脚VDDA的最大驱动电流可以由电阻RSI来限制。  对于更高功率的激光脉冲,例如电流开关iC-HG,提供一个集成的解决方案。它的特点是可提供6个带尖峰释放的电流开关,每个开关切换电流为500mA,而且这些开关可以并联起来达到3A DC 电流。脉冲宽度可以低至2.5ns,峰值电流可达9A。最大开关频率200MHz,上升和下降沿时长1ns(最大)。最大占空比取决功率耗散和iC-HG的散热情况。 图2:CW驱动电流可达3A,脉冲驱动可达9A的激光驱动电路   输入EN1和EN2使用LVDS模式带100欧姆线路终端电阻。激光器电源电压(最大12V)由两个低ESR钽电容缓冲以及使用两个瓷片电容进行RF滤波。iC-HG监控LVDS输入信号,如果幅度低于50%,会在管脚NER产生一个错误信号,电源电压和芯片温度也被监控。当欠压和过载时NER信号也会产生。每个通道的电流可以通过控制CIx的电压来设置。它也可以被用来做模拟调制。最大调制频率典型值2MHz,CIx的输入电容是调制频率的限制因素。3)布局要求对于非常短的激光脉冲,激光驱动模块的布局是挑剔的。由于快速开关的瞬态过程,当设计PCB时传输线路低电感是要记住的关键。图3a所示的是一个iC-HG高速驱动模块的例子,图3b是布局的细节。推荐布局指导方针如下:保持从驱动器到激光二极管的线路和回路尽可能的短(每个mm都要考虑);放置储能/旁路电容在驱动器IC电源和地线附近;选择低ESR电容(使用两个电容并联来减小ESR);分开AGNDx和GND大面积铺地(仅在公共地处连接);确保DFN封装的散热PAD的散热图3a:高速激光驱动模块 图3b:高速激光驱动模块布局 4)测量激光脉冲 4.1)从示波器到光学仪器为了激光二极管脉冲的光学测量,需要一台高速示波器和一个附加的高速光电接收器。此光电接收器应该在相关频谱范围具有高灵敏度以及尽可能宽的带宽,从DC到GHz范围,以便激光脉冲的幅度和快速脉冲的边沿同样可以被测量。图4a所示的是一个典型的光学测量装置,使用iC212高速光电接收器作为示波器的一个适配器。在这个例子里,使用一个大约12.5ns的40mW的激光脉冲发生器,脉冲幅度和上升沿时长可以使用示波器测量。示波器需要一个合适的高模拟带宽,工作频率也要到GHz范围。图4b所示的是光学脉冲响应。为了知道准确的激光脉冲形状,仅有一个电气测量激光电流是不够的。由于激光二极管的特性,测量结果会大不同。因此必须测量激光二极管的光学输出。这通常是通过使用一个扩展常规实验室设备用于千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com测量。可能的方法有扩展常规示波器或者试验用PC来测量光学的激光光束。图4a:激光二极管模块测量装置                图4b:光电接收器iC212的激光脉冲使用iC212光电接收器                            测量结果 iC212是专门为此类测量而设计的光电接收器,它是第一个此类装置,结合一个带宽范围从直流到1.4 GHz的宽光谱灵敏度,波长从320至1000nm(见图5)。它可以测量连续波和脉冲光功率,瞬态低至280ps。图5:光电接收器频谱灵敏度  iC212在波长760nm处的增益因数是1.625V/mW。这允许光学功率测量低至子毫瓦范围。激光脉冲的上升沿和下降沿时长可以直接从示波器读出。然后光学功率可以由测量得到的幅度除以相关波长的灵敏度得出。图6:测量功率图6所示的示波器测量波长为635nm。灵敏度由图5得出,在635nm处,S=1.34V/mW。光学功率有下面的式子计算,其中,U是从示波器读出的幅度。Popt(iC212) = U / S = 0.803 V / 1.34 V/mW = 0.60 mW除了激光二极管和激光模块的光学测量,IC212也可用来测量玻璃纤维传输线,光学传输时间,照度或者激光系统的光学触发或者错误检测测试。4.2)从计算机到USB光学仪器  另一个选择是iC227数字示波器,通过USB连接到实验计算机。它是一个非常快速和精确的双通道8GHz顺序采样示波器,基于微控制器和高速ECL差分电路。微控制器经过隔离的全速USB接口通信,全速速率12 Mbits/s。顺序工作范围是由在触发和采样电路之间插入增量时延完成。ADC转换随着一个触发事件开始以10皮秒增量采样。图7所示的是iC227配置成 4 GHz双通道示波器的功能原理。连接到iC212的被测部件来构成一个完整的光学计算机仪器。iC227主要特性如下:8 GHz带宽触发输入带宽2 GHz时基范围25ps到100us垂直12位分辨率时基精度1.5%FS+/-10ps垂直精度随着CH1/CH2输入 3%FS最小触发频率10KHz垂直刻度10到1000 mV最大输入采样电压2Vpp,触发输入4Vpp图7:USB示波器功能原理 由采样原理可知,IC227仅采用重复信号工作。然后,需要一个数字脉冲发生器来完成测试装置。图8所示的是iC149脉冲发生器。它产生脉冲宽度从1到64ns,步长增量0.25ns。固定频率1MHz以及提供LVDS和TTL输出。管脚连接兼容iC-HG和iC-NZN/NZP评估板。图8:脉冲发生器管脚连接适用iC-HG/NZN/NZP评估板脉冲宽度可由两位二进制码旋转开关设置。举个例子说明,一个完整的测试装置如图9所示。  它由一个光学测试台组成,包括iC-NZN评估板和脉冲发生器iC149。接收器方iC212光电接收被用来和iC227一起工作,iC227带宽设置为8GHz,iC212光电接收器直接连接到通道1。”Input via Trigger“复选框必须保持未选。图9:光学测量采用计算机USB光学仪器iC212光电接收器输出直接连接到”SAMPLER IN1“ ”Input via Trigger“复选框必须保持未选。5)设计检查对于高速激光驱动器设计,推荐注重考虑以下项目:PCB板布局见以上第3项示波器带宽要充分考虑快速跃迁和过冲iC-HG在LDKx的过冲输出不应该超过最大值12ViC-NZN在LDK的过冲输出不应该超过15V,正常值为12V6)概要新一代基于iC-HG的激光驱动器电路能够产生高功率激光脉冲,脉宽低于3.5ns。为了在相关应用中能精确达到这个目标,需要优化PCB设计来减小分布电感。需要专用工具来测量光学输出的上升沿和下降沿时长。光电接收器iC212,脉冲发生器iC149和数字USB示波器iC227是这些测量设备新的选择。  
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採用單芯片編碼器提高運\\\\\\\\\\\\\\\動控制應用的性能
采用单芯片编码器提高运动控制应用的性能     典型的标准封装编码器是许多运动控制应用的反馈设备,但是提供给最终用户的许多配置是有限制的。一个替代和面向应用的方法是利用更高集成度的和智能化的传感器技术基于一个单芯片的编码器设计。这些提供了一个高度灵活的和可配置的选择,对于那些需要能够微调编码器输出而提高总体系统性能。 下面的白皮书描述了采用单芯片编码器方案提高运动控制系统的性能。目录:1) 提高运动控制应用的性能       P.32) 单芯片编码器设计方法         P.43) 单芯片编码器的类型和选项      P.64) 单芯片编码器提高性能的特性     P.85) 摘要               P.131)   提高运动控制应用的性能 在运动控制应用中,可提高运动反馈回路的性能来增强系统性能。旋转和线性编码器提供这个反馈来实时报告速度和位置。 例如,可以由下面的方式提高系统的运动控制性能:* 提高定位精度* 较高的运行速度* 提高系统效率* 提高可靠性和可重复性例如,可以由下面的方法实现这样的性能指标:*系统和部件装配校准*实时配置调整*减少机械公差*添加机械定位调整*预防性维修调整  虽然执行很多上面这些方法来提高系统的性能是可取的,但对于新的设计或者现有的设计不总是有可能的。而且,实现这些改变会影响系统设计的复杂性,可制造性,外形尺寸,成本和上市时间。然而,提高运动控制的反馈有助于提高系运动系统的性能,让我们详述一个编码器设计,可以减少这些因素或者完全消除它们2)单芯片编码器设计方法  考虑图1的标准电机配置。这是一个标准封装编码器被装到一个无刷直流电机来提供运动控制应用的位置反馈。一旦此电机配置被连接到驱动应用系统,会有机械和千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com的调节局限。大部分情况下,这是可完全接受的,但是对那些需求较高性能的系统,必须要求更多的编码器配置控制来满足设计目标。图1:BLDC直流无刷电机连接独立封装编码器 注意:Comm 是换向信号,ABZ是增量输出信号,ABS是绝对位置输出  现在来介绍另一种单芯片编码器解决方案如图2所示。使用这个设计方法,一颗编码器芯片,使用一个现成的外壳解决方案。由于这个高集成度单芯片编码器芯片,只需要这个芯片本身再加上几个分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com便达到所有的要求。此外,参考电路板设计和布局通常可从编码器IC制造商处得到。 如图2所示,独立封装编码器方案被单芯片编码器设计取代,这个例子是一个iC-MH磁编码器IC。采用此类型设计可通过一个数字接口来调整编码器的配置。 图2:直流无刷电机连接基于单芯片设计的编码器 注意::Comm 是换向信号,ABZ是增量输出信号,ABS是绝对位置输出Sin/Cos是模拟正弦和余弦输出,Config是编码器配置   如图中所示,编码器芯片感知电机轴旋转的方法是通过一个径向磁化的圆柱状磁铁。此磁铁安装到贯通的电机轴,允许直接检测电机的位置和速度。采用单芯片编码器设计有可能提供增量输出,正弦/余弦模拟输出[4],以及为配置和绝对位置数据读出的数字串行接口。 3)单芯片编码器的类型和选项   磁编码器和光学编码器如图3所示。正确选择其中之一会严重影响系统的性能。例如,选用磁编码器可以更好的适应恶劣环境,以及装配较简单,通常它的分辨率和精度低于可比的光学编码器。考虑图4的单芯片编码器选型指南。通过比较每个编码器IC的多个特性,这将有助于为应用找到最佳的解决方案。图3:单芯片磁编码器IC与磁铁以及单芯片光学编码器IC与LED和码盘图4:单芯片编码器选型指南输出格式如图5所示,单芯片编码器如IC-LNG提供不同的输出格式并有很多是可以同时使用的图5:iC-LNG光学绝对编码器IC展示许多可用的编码器输出格式   对于某些编码器器件,例如iC-MH8,有一个源码开放的串行接口BiSS,它允许高速串行接口读取配置和绝对位置。有关更多的BiSS信息在BiSS的网站上可以找到。[1]4)单芯片编码器提高性能的特性   如图7所示,其中一些特性包括模拟信号调理,数字正弦/余弦细分,错误监视,自动增益控制,多种编码器输出格式,BLDC电机换向信号输出,数字配置,线驱动能力以及在系统编程性。图7:iC-MH8磁编码器IC方框图      这些配置可以通过串行接口编程,很多编码器IC提供一个计算机图形用户界面工具允许简单和实时的交互编程此器件。一个计算机适配器用来做电路板上的编码器IC的接口,然后这个适配器通过USB连接到计算机。这个计算机图形用户界面如图8所示。     选择BLDC电机换向极性设置允许此编码器设备适用于各种BLDC电机。所有的这些可调节设置存储到编码器芯片内部RAM,也可编程到片上非易失性PROM,允许这些设置在上电时读取使用。图8:iC-MH磁编码器计算机配置图形用户界面   除了可配置特性之外,让我们考虑以下这些会有助于提高运动控制应用的系统性能特性。 分辨率 回顾图1和图2所示的设计,如果这个编码器输出是100 CPR(每旋转正交循环次数)或者400正交沿,将其改变到一个较高的值如1000 CPR 或者4000正交沿,分辨率增加10倍。运动控制系统的角度分辨率从0.9度每旋转提高到0.09度每旋转。有一点需要注意的是运动控制器处理带宽和响应时间[3]。当10倍以上的脉冲加到控制器或者嵌入式微处理器,硬件和软件设计必须保证在中断和数据处理能响应这个增长。 在很多情况下,调节分辨率需要置换编码器器件本身,然而,没有几个可选的磁和光学编码器可以用数字方式调节分辨率而无需改变编码器IC或者源磁铁/码盘。例如,iC-LNB光学编码器IC内建一个FlexCount模块,这个模块允许改变分辨率到任何要求的CPR,从1至65,536 CPR无需改变自身的码盘。 外形尺寸   单芯片编码器提供了一个非常小的外形尺寸。小的封装尺寸允许编码器的电路板非常紧凑,可以在狭小的空间使用。这就可能允许一个编码器解决方案使用到之前一个不能使用到的地方。 编码器传感器输入   编码器输入的好坏决定它的输出,一个提高性能的简单方法是改善编码器的输入来实现。对于磁编码器IC,这个可能是选择更高质量的某种形式的磁铁,减小磁铁到编码器芯片之间的气隙以及优化机械同心度设计。对于光学编码器IC,这可能是选择更高质量的某种形式的LED,同样的也要减小气隙和优化机械设计。通过这样做来提高编码器反馈来提高控制系统性能。 精度校准   虽然机械调整是一个可选方法之外,利用单芯片编码器通过一个串行接口配置它的内部参数提供了一个更为精确的编码器校准方案。  如图9所示,SinCosYzer是一个数据采集系统。通过输入编码器的正弦和余弦信号,许多不同的测量值被显示用来帮助校准。李育莎曲线,误差曲线以及以位和度表示的精度。由于这些设置是实时显示的,可无休止的调整,只需要通过编码器芯片计算机图形用户界面来完成,如图8所示,通过内部信号幅度调理,偏置调理乃至相位调理编码器的正弦和余弦信号的方法改变编码器的内部配置。 图9:SinCosYzer 编码器校准工具 编码器信号位置调整   调整编码器的零位信号提供另一种提高系统性能的方法。如图10所示,iC-MH磁编码器的索引或Z位置可以数字化的在1.4度的步长内调整。U脉冲的电机换向零位置或者上升沿也可以在1.4度的步长内调整。这提供了一个在应用中灵活定义原位置的方法。不像霍尔传感器感知BLDC电机磁极的位置是在一个固定的地方,单芯片编码器可以产生这些电机换向信号然后允许微调它们来增强驱动电机自身的性能。图10:iC-MH ABZ和BLDC UVW电机换向信号 5)摘要 和标准封型编码器相比,单芯片编码器IC提供了一个高度灵活和高度可配置的编码器方案。此外,基于单芯片编码器设计,具备了通过一个数字接口调节编码器配置的能力。通过进一步增强运动控制反馈来提高整个系统的性能。   
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絕對值編碼器設計:是選磁編碼器還是光學編碼器?
绝对值编码器设计:是選磁编码器还是光学编码器  磁位置编码器的角度分辨率和精确度与径向的磁铁扫描霍尔传感器的中心有关,受限于可行的插补细分深度和有效的磁场质量。通过每旋转扫描多个正弦周期,光学位置编码器具有更高的分辨率。如果使用磁码盘,这种方法也适用于磁编码器系统,但是哪个系统更好?  本文描述磁和光学单芯片编码器的关键参数,权衡两种解决方案和比较两种编码器的性能来达到选择设计方案的目的。                   目录介绍两种传感器,两种系统线性应用比较两种旋转编码器应用系统4.1)装配公差和补偿特性4.2)可能的误差来源5.结论:哪个更好?                                           1)介绍   如今的绝对位置传感器的制造需求与测量精度以及尺寸大小均和成本有关,而且往往及其多样化。好的选择是找到仅有的一个恰当的系统解决方案来适应手头的任务。所要解决的问题是耗时的,由于不仅是传感器的机械结构,而且每个没有体现在千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com规格书里的的参数也要考虑进来。另外,开发集成传感器芯片必须基于一个给定的测量装置,或者提供合适可能的匹配。  光学扫描器通常使用单独封装,方便对光电二极管阵列进行几何修改。然而,对于磁的霍尔编码器不具有可比的有效选项,为此不得不提供一个合适的传感器阵列在芯片内部,或者采用其他方法,由芯片布局决定磁铁的指标。小的外形尺寸和最佳性能通常是这两种解决方案都具有挑战性的设计目标。本文比较一个16管脚DFN封装的18位磁单芯片霍尔编码器iC-MU和一个optoQFN封装的18位光学编码器iC-LNB。2)两种传感器两种系统  多通道光千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com扫描器iC-LNB捕获绝对位置数据用于线性位移测量系统或者旋转编码器(图1)。同步扫描一个10位二进制码,附加一个模拟的信号轨道用来评估实时的插补细分,使用一个小的编码量来达到高的角度分辨率。期望得到的绝对值位置和增量位置分辨率使用内部的算法得出,提供1至65536范围内任意脉冲数量的分辨率供选择。     图1.光扫描器iC-LNB  编码窗口宽度仅5.2mm,支持使用较小的码盘或者较大直径的空心轴。伴随着节能的iC-SN85 LED来担当一个紧凑的光源和iC-LNB的监视器,以及控制照度的级别。关键的逻辑处理也由iC-LNB内部执行,而更复杂的任务也可由一个外部的微控制器执行。  偏置和幅度补偿功能已被集成到芯片内部,用于修正模拟轨道信号,这些信号也由差分的1024个周期的正弦和余弦信号通过四个输出端口输出。由信号矫正电路来降低插补细分的误差并获得更高的位置数据精度。 位置数据输出可以是并行的(高达16位)或者是串行的(使用一个快速移位寄存器)。时钟速率高达16MHz,允许循环读出时间小于1us。3.3V兼容的SPI端口支持器件设置和用来扫描位置数据以及诊断消息(例如,当奇偶校验位打开,存储监视标志一个错误)。最大允许速度依赖于分辨率;当17位分辨率时可获得6000rpm(表1)。                    表1:千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com电气参数  霍尔编码器iC-MU是一个全集成的单芯片器件,是理想的磁码盘、磁鼓和磁带扫描器,适用于运控控制应用。典型应用包括绝对位置编码器、增量编码器以及用于无刷电机的换向编码器(图2)。位置数据被实时捕获并由串行接口(BiSS,SSI以及SPI)和一个增量接口两同时输出。任意数量的分辨率脉冲数可以使用内部"FlexCount"算法再次选择。   采用合适的磁测量机构,设有两个增量轨道,极宽大约1.28mm,每个磁极对是差分的,由另一个磁极对交叉穿过测量间隔。两个同步的正弦-数字转换器用来数字化霍尔传感器信号;这些矢量跟踪转换器跟踪磁场变化率达8 MSPS,无延时。   由两个轨道信号之间的相位差,集成的掩膜-已编程信号处理器计算绝对位置基于游标原理。使用这个原理,运动控制不必要获得绝对位置。在旋转应用中,可获得一个19位的分辨率(相当于2.5弧度秒),当使用磁码盘 MU2S 30-32时,以及支持的速度高达12000 rpm。   通过安排磁极对在一个高分子磁铁上面的一个扁平码盘,可建立一个紧凑的系统,它可以理想的直接安装到电机的法兰上。扫描工作距离于芯片平面大约0.4mm。   设计于一个16脚的DFN封装,iC-MU集成全部的所需编码器功能在最小可能的空间,仅5*5mm。偏心或者偏轴放置支持空心轴用于高分辨率的磁绝对值编码器。适合的磁码盘直径为30mm,支持空心轴直径高达10mm。                                  图2:磁传感器芯片和磁码盘   通过设置细分因数从1到65536,数字角度位置可以从ABZ接口以任何分辨率输出。由于内部的“FlexCount”算法,整个范围的分辨率参数仅使用一只传感器就可以满足。这允许一个设计适合各种编码器分辨率而无需改变测量装置。完全安装好编码器的位置以后也可以编程,以最少的时间交付上市。而且,零位置信号也可以在装配好以后再编程。   iC-MU可以产生3个换向信号(U、V和W)来运转无刷直流电机,适合电机极对从1到16。由于精确的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com调节UVW信号可以按照转子的位置改变而提供了一个关键的优势,使得不再需要通常使用的霍尔开关系统。   由于可以支持空心轴应用,可以使用一个兼容的装配替换旋转变压器。作为整个系统的一部分,这将导致一个更便宜的旋转变压器替换解决方案产生,随着它的高分辨率,支持更精确的电机控制。   SPI接口可以直接连接到一个微控制器,BiSS用于双向通信和CRC校验的超长距离通信,以及SSI是一个标准的编码器接口。所有的接口允许时钟频率高达10MHz。   关于数据输入,iC-MU在BiSS协议下支持多从机应用链式连接,使用同步时钟连接多个编码器来捕获数据。如果一个相关编码器已连接并设置和开始工作,绝对精度有可能在最高速度时记录、评估以及由一个微控制器校正,这个微控制器可允许在系统中担当一个交互的输出接口。3)线性应用  iC-MU支持40,80,或者160mm距离的绝对线性测量,位置分辨率大约160nm。两个器件可被级联用于更大的距离,使得最大可能的测量绝对距离延长,由2到64的一个因数确定(图3)。这使得绝对距离测量系统可以达到数米,测量速度高达16m/s。                      图3:千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com级联用于线性测量系统和大空心轴应用   例如,决定图3的多圈设计绝对位置测量来自于中间轨道的1024个循环和上面轨道的1023个循环。相位差由横跨整个2.6米的测量长度决定。下面的这颗iC-MU(1)在中间轨道的1024个循环和下面轨道的992个循环之间计算相位差。此装置因此重复产生32次位置数据,横跨整个测量长度。 多圈数据来自于iC-MU(2),用来区分这32个段。   此外,级联两个iC-MU霍尔编码器,其他多圈传感器(齿轮箱)也可以用来提供它的多圈数据给iC-MU。一旦供给电源,多圈数据自动读取,并且在计量模式期间周期性检查。4)比较两种旋转编码器应用系统   两种编码器的传感器结构已经确定,支持小尺寸和成本敏感的产品而没有牺牲任何测量精度(图4)。尽管这两种器件采用不同的电路设计方法,它们同享类似的性能特性(表1);支持任意可编程脉冲数的实时高绝对值和增量信号分辨率。 图4:装配原理和尺寸比较  当选择基本的系统布局时其他决定因素也必须考虑进去,例如应用领域和测量精度要求。表2比较了主要的传感器规格参数。 表2:光和磁传感器的特征比较  随着完美的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com处理测量系统,磁码盘的磁极间距误差是绝对测量误差的显现来源。例如,一个典型的磁精度是15um,而光学码盘的线精度是300nm,差别是显而易见的。借助于扫描半径(表3),这个值可以被转换成角度误差;在理论上,磁编码器系统大约为0.07°(252弧度秒)以及光编码器系统大约为0.0018°(6.4弧度秒)。光学系统其它的主要误差来源总计为0.011°(40弧度秒)。   用户选择一个特定的系统主要依据这个系统的优点和缺点。例如,磁编码器系统具有多种优势的环境免疫力,诸如,灰尘、油污以及水汽。它也允许一个宽的工作距离,允许轴向间隙和安装公差较大而容易装配。由于磁编码器系统无需LED和光学器件,一个扁平的编码器设计成为可能,1Ω时产生的信号电压为200mV。   对于磁传感器,磁场分量垂直于芯片是有益的。霍尔效应直接提供一个典型的mV级电压,依赖于磁场强度分量Z。由于单个霍尔千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com仅能感知到磁铁的距离,而采用多个霍尔千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com在不同位置记录磁场的Z分量以便角度信息可由各个局部的磁场渐变得出评估。霍尔千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com必须真实地"感知"这个弯曲的近场磁力线。由于霍尔电压的极性跟随磁场的方向,磁铁的北极可区别于南极,使得使用一个极对来确定绝对角度成为可能。   霍尔千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com最多仅能从磁码盘的磁场产生10mV的电压。为了达到光学编码器系统的分辨率,信号的带宽必须被限制。为了达到信号调理的目的,霍尔千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com使用一个固定的扫描频率和滤波来评估。这个霍尔传感器扮演了一个模拟低通角色,截止频率大约20kHz。然而,实际上,较长的信号传输延时是不相关的。 4.1)装配公差和补偿特性  两个系统都使用快速实时插补细分电路由向量追踪转换器使用arc tangent进行转换。关于偏置、幅度匹配、相位精度和谐波,此转换器依赖于模拟的正弦/余弦传感器信号。然而,与理想的装配位置的偏差引起的信号误差会减小插补细分的精度。为了确保测量精度,两个系统都允许静态校准由装配引起的信号误差和通过集成的D/A转换器校正调节几个模拟信号路径。   千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com信号校准会增大机械活动限制度(表3)。iC-MU也允许正弦/余弦相移校准,这也能补偿径向对准误差。一旦设置和校准,所选择的工作点由自动功能来维持。对于光学编码器,集成的LED功率控制补偿由温度上升引起的LED效率损失。霍尔编码器有一个增益控制用来补偿当磁码盘与芯片距离的变化时引起的场强改变。 表3:机械数据和装配公差 4.2)可能的误差来源  原则上,误差应该被通盘考虑进去。在这里,已对基本情况进行了考察,拿霍尔编码器作为一个例子。如果测量用磁铁的相关几何尺寸已被考虑进去,这些考察结果也同样适用于光学编码器系统。   如果霍尔编码器在扫描半径对齐不理想,将会引起正弦信号失真。如果有一个半径位移(ΔR),霍尔千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com不能探测到磁体或者探测到分段的磁极不在正确的位置(图5B)。正弦和余弦信号就会有一个固定的位移误差在随后的扫描中出现。然而,这也可能通过使用集成的信号校正电路得到补偿。表达式1:由于径向对准引起的测量误差   表达式1给出了传感器信号千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com相位误差,D为扫描直径,ΔR为扫描位移。例如,参考千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com正弦周期信号,一个霍尔编码器径向0.1mm位移会产生0.35°的相移在扫描直径为26mmm时。如果计算每旋转的机械角度误差,结果必须除以极对数。一个标准磁码盘有32个极对,相当于机械角度误差为0.01°。  另一方面,器件在切线方向的位移(ΔX)对两个轨道信号千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com角度相移的影响或大或小是相同的(图5A)。这个间距改变和相位差异仅轻微地影响计算绝对位置值,实际上几乎不会改变。然而,偏心装配误差(ΔE)会引起设备抖动(图5C)。直径越小,测量目标的改变越大。一个长波误差出现会减小绝对测量精度。                                             表达式2:由偏心率引起的测量误差 偏心率误差来自于测量器件的位移ΔE,这个误差来自于旋转轴和测量磁铁的极宽p。因此,一个偏心率10um的误差导致相位误差为1.4°(参考正弦周期),或者角度误差0.05°;(参考机械旋转),有关尺寸大小,见表3,扫描直径26mm,极宽1.28mm,32极对。对于起决定性作用的相位差游标计算,偏心率误差扮演着一个较小的影响,由于两个信号轨道的偏心率是相同的。在一个完整的机械旋转360°,角度精确度优于+/-0.1°。这个精度受磁化系统的限制。如果个别的磁极变化,轻微的位移影响在大约45°和90°如图6所示。连接参考编码器的机械轴也产生一个轴心误差,它可以通过在同一个方向旋转的一个长波偏离观察到。图6:iC-MU磁系统角度精度图6展示了iC-MU磁系统的角度测量精度,使用磁码盘 MU2S 30-32,周期角度为11.25°。在这里,数学和图形功能在BiSS读出软件里能容易的比较测量数据。 5)结论:哪个更好?  磁传感器技术有很多优点可说:优秀的可靠性、对冲击和振动的高抵抗性、不易碎、对灰尘和水蒸气不敏感。单芯片霍尔编码器iC-MU允许使用空心轴以及可实现仅有光编码器才能做到的位置分辨率。然而,对于高测量精度的应用,光学传感器,诸如iC-LNB等有优势,但是需要更昂贵的装配成本。但是,考虑到它们具有小的optoQFN和optoBGA封装,单芯片编码器是一个可行的选择。基于这些关键点,决定选择哪一个方案应该由应用本身的需求来决定。    
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采用智能驱动器为长距离传输线路节能
 采用智能驱动器为长距离传输线路节能  当在长距离的线路传输信号时功率消耗会倍增,采用智能驱动器可以使得电线或者电缆减少功率消耗。对于控制工程中信号高电平使用24V这种特殊情况,这是采用线驱动器的一个潜在节能优势。功率消耗下降使得线驱动器的外壳温度显著地减小。线驱动器是被设计用来转换逻辑电平和经由连接线传输他们作为千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com输出信号。通常在工业控制工程使用的信号摆率大约24V。电缆通常连接到接收器,接收器采用高阻抗来保持静态功率低消耗。关于电缆的特性阻抗,大概100 ohm,控制单元的输入阻抗大概几千个ohm。这里所研究的是电气上的电缆,即没有连接的开路终端电线。  在发射端,线驱动的输出阻抗通常调节到匹配电缆的阻抗。图1展示了一个这种驱动器的例子。这种推挽输出驱动器的输出特性可以简单的由两个理想的开关和一个串联的电阻Rs来等效。这两个开关HS(高边)和LS(低边)按照供给的输入电压(没有在这里画出)控制,由控制信号ENHi和ENLo来产生。图1:线驱动器输出级电路原理图   最初,一个不带电的电线由切换到高边开关HS来充电,供电电压VB沿着电线通过串联电阻Rs和电线的特性阻抗ZL来分配。由于Rs大约等于特性阻抗,在电线的开始端A点上电时的电势大约为供电电压的一半(图2)。再往前(2),整个电缆由线路的波动进展被充电到VB/2。  一旦线路波到达接收器B(3),它在开路终端被反射。此反射波被叠加到输入波,导致在B点由叠加波部分设置一个等于VB的电势。接收器因此检测到一个相当于全电源电压VB的电压摆率。 整个电缆最终的电势由反射波充电到VB(4),意味着一旦反射波到达驱动器输出端A,电势VB/2也上升到VB(5)。 驱动器输出端更进一步的反射由阻抗适配器和Rs有效的抑制,因此,线路电势会趋于一个稳定值。当低边开关LS切换时,电缆以同样的方式又开始放电。图2:信号在一个开路电线上传播 图3所示是依据开关状态从电缆的起始端A到终点B的电压模型。此外,由驱动器本身的供电电压和接收器输入阻抗引起的静态功率消耗是微不足道的,相当大的线驱动器功率消耗(P)时间在电缆的充电和放电。更长的电缆和更长的再充电时间以及更高的再充电频率消耗的功率就越大。功率消耗随着频率线性增加。实际上,最大使用频率由驱动器的最大功率消耗限值。图3:iC-DL在高边和低边开关有效信号ENHi和ENLo激励下电缆起始端A到终端B电压模型和驱动器功率消耗减少动态功率消耗  一种可能的由iC-HX减小动态功率消耗的方法如图4。此驱动器管脚兼容iC-DL,具有一个外部连接一个负载电容Cx。工作时这个电容被充电到供电电压的一半(VB/2)。 图4:线驱动器带开关X和电容Cx的电路原理   iC-HX的工作特别之处是什么?信号传输时通过对电缆的充电、放电和iC-DL是一样的,电源和切换实体不同,接下来由图5说明。iC-HX在充电(1)期间高边开关HS首先由电容Cx的开关连接到电缆取代,这将会充到电源电压的一半。由于在这种情况下电流是由无功功率提供的,这几乎没有消耗任何电源功率,除了通过开关X的电阻性损耗。为了反射波能被驱动器内部吸收,在反射波到达驱动器输出端A(5)之前,电容Cx必须立即和电缆断开并且高边开关HS有效闭合以便输出阻抗Rs变为有效。仅仅在这个短暂的切换到高边开关工作和反射波到达的瞬间功率消耗和iC-DL是一样的。图5:iC-HX高边,低边和X开关在线路起点A到终点B的有效电压信号模型,驱动器功率消耗仅出现在从X到HS以及X到LS短暂的切换时间   类似的情形,当电缆第一次放电时电容Cx又通过开关X连接回电缆。这会引起电缆里的能量传输返回到Cx;仅在切换到低边开关期间驱动器消耗少许能量。  潜在的节能在于驱动器上电和断电的运行时间的使用率有关。  因此,有效应用上述原理,再充电点放置尽可能精确到仅仅在反射波返回前一点是必要的。刚开始iC-HX不知道电缆的运行时间;它必须首先检测反射波朝向。在这个短暂的“学习期间”,iC-HX按照惯例工作几个循环,和一个普通线驱动器一样,不使用Cx切换到电容。一旦电缆运行时间符合规定,此器件自动切换到X开关模式。 潜在节能例子  一个潜在节能的例子由图6给出。此图所描述的是使用四个通道,100m长电缆时驱动器的功率消耗。这是一个典型的增量编码器应用,差分信号A和B使用差分信号传输到控制单元。图6:iC-DL和iC-HX使用两对100m电缆工作时功率消耗对比   如上文所述,由于电缆再充电是间歇的,随着所传输脉冲的频率增加功率消耗也会上升。对于一个给定的频率,iC-HX节省功率消耗大概在30%到40%的范围。相反的,这意味着在应用中由iC-HX替换iC-DL后驱动器温度上升较低。例如,用这种方法,增量编码器由距离决定功率消耗的较高工作温度可以相当地降低到从80℃上升到100℃,在使用相同的机械装配和相同的热阻情况下,热耗散较低。 
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灵活的传感器信号调理和安全传输
灵活的传感器信号调理和安全传输 单芯片传感器信号调理器集成附加功能提供灵活的信号调理专业的传感器记录各种各样物理参数提供给人或者机器用来更好的决策和优化处理。为了达到期望的结果,传感器的信号质量和功能安全是同样重要的。此外,转换这些被测量的参数必要时应该尽可能的精确和包含易于集成的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com输出级。设计者面对的一个挑战是廉价的放大这些小信号,这些信号通常具有非线性以及参数受温度影响。使用下面的这些方法来调理它们,使得在恶劣的工业环境下通过长电缆能够保证安全传输。 设计者也需要决定如果要传输信号,传输的信号是数字的还是模拟的。本文概述了针对这个问题的可能方法,描述了一个通用的结构、集成的、可编程的信号调理器用于线性和旋转编码器、AMR传感器和光学传感器的信号预处理,来满足工业应用的要求。信号的质量和错误保护是决定性的为达到最佳的适应和评估各种传感器千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com,例如,用来测量温度、压力/压强、加速度、位置或光强度,需要一个仪表放大器来提供一个必要的放大。仪表放大器是一个差分器件,两个输入同样放大;它要求必须包含灵活的、可调节的和具有一个高阻抗输入来处理这些非常微弱的传感器信号。它也必须具有补偿能力来补偿由于生产引起的制造偏差。在信号调理级,应该考虑到由温度或温度漂移以及泄露、抑制引起的非线性影响,还要避免噪声或在传感器感应的干扰。传感器桥阵列(典型的是惠斯通电桥)尤其适合抑制共模干扰以及即使轻微的电压改变也能够提供一个足够的信号质量。当需要在信号通道定位可能的信号错误源时,考虑下面的这些可能性: 1、检查线路断路或者短路 2、在传感器上或者在信号传输期间感应的干扰 3、电源供电中断或者接地不良 4、超出最大工作温度范围一个个冗余的信号路径模式已被证明在高要求的错误保护情况下是明智的,但传感器信号电缆的成本将会加倍。一个好的折中是以传感器信号的差异作为条件来简单的检测信号线错误,以及结合这个使用一个集成的温度探测器和一个电压探测器和传感器监控功能来提供各种诊断功能,包括识别传感器焊接和线缆失效以及温度监控。关于传输传感器信号,一个供替代的选择是在信号调理之后立即数字化这些值,然后使用安全的数字协议传输它们。为了达到较高的测量分辨率,每个传感器需要一个ADC,而这将涉及到更高的使用复杂的现场总线协议的成本。 简单的电压信号(例如,0-10V)或者电流信号(例如,4-20mA)接口是相当通用的但不提供标准监控。系统设计者因此选择差分传输模拟测量值,差分传输使得传感器信号在驱动器方面逻辑是有效的以及即使使用长的连接电缆共模干扰也会得到抑制。采用这些建议,iC-Haus构思了iC-TW3,一个差分的,三通道可编程信号调理器,配备100-120Ω闭环差分线驱动器。 一个通用的信号调理器图1所示的是iC-TW3通用信号调理器的差分信号通路。此器件由一个可编程输入放大器、一个偏置补偿级、一个动态滤波器和一个差分输出放大器组成。输入偏置、增益和低通滤波器频率可在此信号通路中设置。在所有三级放大覆盖的-6到57dB范围可由间隔0.08dB进行设置。一个总共±1240mV的偏置电压可由多个40mV配置给前端放大器。一个总共±2.54mV的偏置补偿值可以2mV为单位由下游的动态滤波器放大器设置。输出放大器也包含差分线驱动器和推动已调整的信号,以便使用一个低阻线终端(例如,120Ω)也可以用来直接传输1Vpp的信号。图1:传感器信号调理通路此放大器输入也可以工作在单端模式。如果有这样的需求,则放大器负的输入端要连接到VDD/2。作为一个附加的选择,连接到传感器器件的线缆断开可以由切换到内部的2MΩ上拉电阻来监控。发生此错误事件,信号调理器iC-TW3由NERR输出一个低电平标志产生了一个传感器断开事件。 自动温度补偿  温度错误通常在传感器部分没有补偿,但会在中心计算机、微控制器、PLC或者驱动器补偿。温度直接由传感器测量并且作为一附加参数被传输。作为一种选择,温度可以在传感器部分测量,用来限制监控和执行本地补偿。后面的这种方法基于两个温度测量点的线性插补细分。为此,iC-TW3允许一个总计16个自由选择的插补细分点在0-255的范围,包括最低值0和最高值255。使用集成的温度传感器,这相当于-50℃到150℃的范围。然而,两点距离之间的温度传感器曲线可以自由地选择以及可以被调节到适合任何类型的曲线。这些插补细分点存储在一个查找表里,iC-TW3自动地差补细分通道A和通道B的增益和偏置与通道Z的偏置一样好。一个总计五个8位的值给可能的16个插补细分点,存储在I2C连接的EEPROM表格里。这个例子如图2所示,七个定义好的差补细分点用于温度补偿来矫正所连接的传感器的偏置和增益的非线性。图2:插补细分温度补偿增益和偏置一个外部温度传感器也可以被连接到iC-TW3,此传感器应该从物理上隔开千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com和其他环境温度的影响。一个在-50℃和150℃之间的8位的值被用来定义一个可选择的门限温度触发警报。这个警报由iC-TW3的ERR管脚输出一个低电平,此也可以被用来驱动一个通用错误LED指示。 由微控制器或者一台计算机来调理  iC-TW3由一个双向的脉宽调制1-线接口来读/写访问所有的寄存器,如同连接的参数存储器件(一个标准的I2C EEPROM)。在实际应用中可以通过一个微控制器的端口直接控制。此连接也可以配置成一个光学的只-写连接,如果是密封的传感器补偿,需要“无线”设置。例如,通过一个光传输窗口完成。可提供一个适配器用来开发和设计使用,它可以连接到普通计算机或者笔记本电脑的USB接口。图3描述了iC-TW3的图形用户界面用于调理信号通路A和B。在开发期间,这允许用户确定所有的前置放大器的增益和偏置、滤波器和输出放大器的参数。工作模式设置(差分或者单端)和传感器错误监控也可以使用这个工具来编程设置。如果设置被选择,所有新的设置通过软件立即写入iC-TW3连接的EEPROM。当前iC-TW3的测量温度、EEPROM校验和报警、超温和传感器错误也形象的显示出来。每个信号增益路径可以设置为省电模式来节省功耗。 第三个通道Z信号通路的设置是相似的。这可以用来扫描增量编码器的参考轨道,用于角度和运动测量或者作为一个可调节的比较器支持增益和偏置警告设置。自动偏置补偿周期信号,例如那些正弦/余弦扫描和最大适应频率以及目标幅度(内部1/2VPP或一个预设的外部值),使用Misc菜单选择所有的传感器信号通道。这也可以用来切换温度补偿的开关和设置最高温度限制。插补细分点和温度补偿特性曲线特征(多达16个查找表)通过一个集成编辑器编辑(通过菜单Extras访问)。图3:通过USB接口调理信号用于开发和生产传感器桥应用  图4是一个运动传感器电路图,通过磁或者光传感器桥扫描两个差分轨道,然后调理这些周期的正弦/余弦信号,放大到1Vpp以及通过连接电缆差分传输他们给一个120Ω的线路终端。视情况,一个索引传感器信号可以经iC-TW3的第三个通道调整处理和传输。这种方法的优越性是差分的正弦/余弦传输实际上不受接口影响,以至于它的逻辑可验证性,确保应用电路的功能安全。在接收器部分调理过的传感器信号也可以使用一个非常高的分辨率数字化,使得线缆短路和断路在接收器部分能容易的被识别。                                                                图4:运动传感器带正弦/余弦信号调理和差分模拟传输上电后,iC-TW3从EEPROM提取工作模式和校准数据填充到它的内部RAM。依旧可以通过1-线接口访问它,允许重新补偿或者改变工作模式。然后,这些变更可由iC-TW3写入EEPROM。如果iC-TW3检测到一个错误(例如超温、EEPROM校验错误或者传感器器件连接线断开),NERR输出被激活。这个报警然后可由一个数字输出驱动器通过长的线路或者电缆传输。 内置安全功能  而图4所示的系统支持安全的差分线在120Ω的负载线驱动,图5所示的系统支持100Ω线驱动。图5所示的是磁增量编码器的例子,磁传感器桥或者光信号被iC-MSB用iC-TW3相似的方法放大和调理。在线缆带100Ω的终端电阻,iC-SMB提供一个摆率为1Vpp值并且支持短路保护和容错。iC-SMB电路通过了失效模式与影响分析(FMEA),因此适合在安全应用中使用,例如西门子数控产品系统。图5:磁编码器带模拟信号传输适用于关键性安全应用由上所述,传感器信号调理应该包括灵活的信号调理设置、全部的信号传输路径、包含信号调理和模拟线驱动器。这些会帮助减小系统成本和满足功能安全需求。片上温度传感和自动偏置补偿提供了新的方法去提高系统性能和减少控制系统的工作量。 
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採用集成電路激光二極管驅動器提高產品性能減少生產及維護成本
采用集成电路激光二极管驱动器提高产品性能减少生产及维护成本设计挑战在设计低功耗激光二极管驱动电路时,设计者可以选择使用经典的分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com解决方案或者使用高级的全集成电路解决方案。通常设计者在选择方案时只考虑到元器件的成本因素,没有考虑到整个系统成本设计。生产,测试以及售后支持要在在整个产品寿命期间,主要的关键因素考虑如下:在整个供电电压范围和工作温度范围内输出功率的稳定性;可靠性;空间要求和激光二极管保护;装配,测试,以及调校成本;电路设计和测试时间;千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com采购和运输成本;潜在的售后担保成本;通常被忽略的大多情况是激光模块中代价最大的部分,即激光二极管本身。因此,保护好激光二极管是一个有利的投资,尽管这个电路需要较高的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com成本。分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com驱动电路如图1所示,是一个典型的分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.comAPC(自动功率控制)驱动解决方案,用于供电电压范围从6到12V的连续波动模式。在这种情况下通用运算放大器加1只齐纳二极管,1只三极管和17只无源千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com用来控制输出功率。电路大概需要6cm2板子空间,没有激光二极管反极性保护和故障保护。这个分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com解决方案电路启动时间大概是20毫秒。图1:典型的分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com激光二极管驱动电路 集成电路驱动器     图2所示的激光管驱动解决方案是使用集成电路iC-WKN,一个专用的APC激光二极管驱动器IC用于连续波工作,工作电压从2.4V到15V,高达300毫安驱动电流。此方案仅需4个附加无源千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com来构建一个完整的驱动器。整个电路板占用空间大约1.25cm2,占用空间比分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com方案缩小了4倍。此电路IC内建接反极性保护,过流和超温断电。上电软启动(典型值70us)。此电路也保护激光二极管免瞬态冲击和在宽电压范围供电时保持输出功率稳定。图2:集成电路激光二极管管驱动器结论图3所示的图表是在6至12V供电时分别测量的两个方案的激光二极管输出功率稳定性。分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com解决方案输出功率在供电电压范围内偏差大概10%,集成电路iC-WKN解决方案输出功率在相同供电电压范围内偏差小于1.5%。                                                         图3:分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com和集成电路解决方案功率输出变化范围 在可靠性方面必须考虑分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com解决方案有46个焊接点,集成电路IC-WKN解决方案仅有17个焊接点。分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com解决方案多于两倍数量的焊接点和超过4倍数量的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com是直接影响MTBF(平均故障间隔时间)的因素(MIL-HDBK-217标准)。当比较分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com解决方案和集成电路解决方案的总成本时不得不考虑以下6个方面的重要部分:部件;装配;调节和测试;部件采购成本;库存成本;潜在的售后担保成本;仅考虑部件成本需求,集成电路解决方案成本大约贵两倍多于分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com解决方案。但是较大数量千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com的分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com解决方案增加了装配成本,同样增加了两个电位器的手工调节输出功率成本。在这种情况下分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com解决方案的装配,调节和测试成本大约贵两倍多于集成电路解决方案。因此两个解决方案的成本彼此相当。集成电路解决方案整个系统的可靠性,稳定性和保护激光二极管明显更好。 必须考虑到分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com解决方案由于千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com部件数量多,焊点多,替换或维修的成本。 表格1概述了两个解决方案的比较结果。 参数比较分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com解决方案(图1)集成电路解决方案(图2)输出功率稳定性(供电电压6-12V)大约10%小于1.5%千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com数量20只5只板子空间大约6平方厘米大约1.25平方厘米相关成本部件装配调节和测试 122 211接反极性保护无有瞬态保护无有过流关闭无有超温关闭无有启动时间大约20ms大约70us平均故障间隔时间12.2  表格1:分立千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com和集成电路解决方案比较
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簡單快速的測量位置變化
简单快速的测量位置变化加工机械位置系统、精密测量仪器以及搬运机器人需要快速的记录位置数据,也需要快速的识别出任何变化。高分辨率编码器和光栅尺通过一个编码器接口反馈位置数据给控制中心。选择的这个接口必须满足控制单元对时间的要求。对于设计者,拥有太多的编码器接口可供选择,这样就使得选择编码器接口的任务和完成这个任务一样的复杂。除了那些众多的专有数字接口,也有一些开放的标准接口,例如,SSI和BiSS接口用于绝度位置读取。然而,如果方向上的或一个非常高的位置分辨率变化需要一个快速的捕获,串行数据接口的吞吐能力是有限的。作为另一个选择,有很多传统的开放编码器接口可供传输位置数据,例如使用正弦/余弦信号或者增量A/B信号传输位置数据都很好。下面的文章描述这方面的需求、替代选择以及可行的解决方案。                                           目录1.选择编码器接口2.使用当前值快速控制3.仅仅计数是不够的!4.构建一个快速编码器接口5.摘要选择编码器接口在使用控制器或者PLC的线性/旋转编码器的系统中调用一个接口模块(如图1)。很多控制器厂商提供一定范围的专有或者开源接口。 模拟接口模拟接口是传统的非专有接口,传输位置信息使用模拟信号。在接收方,既可以使用正弦/余弦值供插补细分器细分,也可以使用电流或者电压信号(例如,0-20mA 或 0-10V)确定绝对位置。后者是非常通用的接口,用于简单的位置编码器。在安全应用领域,模拟差分正弦/余弦信号收发器是优先选择的,差分信号的错误第一时间可以被检测到,因此适合这类应用。图1:控制器或PLC的编码器接口 数字绝对值接口最快的传输数字绝对位置数据的方法是通过一个并行接口。这个接口通常由TTL驱动器担当。然而,并行接口线缆的成本非常高,因为这个原因这种方法不是特别受欢迎。其他方法越来越流行了,包括使用标准的非专有现场总线用于串行传输,例如,CANopen、以太网以及开源的SSI/BiSS接口。 数字增量接口另一个传统串行编码器接口使用两个相移90°的A和B信号提供增量传输位置变化数据,就是众所周知的正交信号。另外,一个Z脉冲信号提供零位信号用于零位探测。对于增量接口,一个方向上的改变由A到B信号的相移或者B到A信号的相移变化表示。图2所示的是一个靠近零位置的方向改变时序图。这里给出的是一个旋转运动方向改变时的分辨率,是一个角度,滞后1.4°。如图所示,A,B增量信号相移允许探测方向用于向下和向上的计数。在这个例子里,一个循环内,A/B信号提供360°的边沿(H至L或者L至H)。方向鉴别器必须评估这些边沿的相位差以及激活向上/向下计数器。这例子是编码器当时的绝对位置信息。图2:增量编码器接口和A,B,Z信号时序图   增量编码器接口的优越性在于低成本和对线缆的低要求。典型的配置包括TTL驱动器输出、集电极开路输出以及线驱动器输出。TTL驱动器和集电极开路器是更低成本的解决方案,线驱动器提供许多优越的性能。这些高级性能包括差分驱动器的抗干扰性、可驱动长距离线缆运行、高效的功率消耗以及快速串行传输性能的提高。差分对传输器得益于使用专用的RS422驱动器,提供更好的适应性。方向的改变也可以被快速的探测,速度由简单的测量两个Z零位脉冲之间的沿距离来确定。然而,一个绝对位置仅在一个Z零位脉冲到达之后有效。对于旋转运动,绝对位置在至少一个循环之后获得。为此,线性测量系统需要一个参考或者起始序列优先于常规运行。 使用当前值快速控制高精度应用和高速运动产生非常高的时钟频率,这不得不由接口模块来处理。考虑这种高速度和位置控制,可实现的控制循环依赖于固件的算法和硬件的延时时间。举例说明,图3图解了一个电机控制系统的组成。除了固件的执行时间之外,如下的硬件执行时间也要特别注意考虑进去:1.    编码器延时:插补细分器的处理时间和A/B信号的输出耗时。2.    编码器和控制单元/PLC之间的传输时间。3.    控制单元/PLC的编码器接口模块读出时间图3:一个电机控制回路的定时组成部分编码器延迟  编码器延迟(TLZ)依赖于模拟放大器的带宽,其内部的插补细分处理、分辨率以及其使用的编码器接口。 插补细分器延迟如果模拟编码器信号正弦/余弦插补细分是一个基于MCU/DSP系统,延迟周期可能超过200us或更多。特别要注意的是当使用较高频率和分辨率,尤其是协同多轴控制和冗余系统。在这种情况下,延迟可以导致位置数据或许不是当前的或者不同步。为迎接这个挑战,一个基于超快闪速(flash)插补细分器可以担当此任务(例如,iC-NV)。iC-NV是并行内部处理,可获得延时少于1us的插补细分器。 编码器接口延迟当采用串行编码器接口时,通常只扮演着重要角色的是数据传输时间。对于串行传输,MCU/DSP从编码器接口模块的位置数据读出时间Tread,取决于数据位宽和整体速度。例如,SSI在10MHz运行,32位宽,传输时间为3.2us。对于增量接口,延迟通常可以忽略,给出实时性位置运动编码器信号边沿。然而,方向的改变将增加一些数量的延迟,取决于增量信号的迟滞(见图2)。 处理延迟一旦位置数据通过编码器接口被读取,软件算法处理时间(TS/W)增加了系统延迟。这将在不同系统之间由于系统本身的处理时间而大为不同,取决于使用的MCU或者DSP的构架和处理能力。 电机延迟在位置数据被读取和处理之后,最终的延迟属于电机驱动器自身的一部分。激活电机(Tdriver)和随后的反应时间(Tmotor)必须被加到整个的系统延迟。所有的这些延时时间加到系统延迟,这个延迟会直接影响整个控制周期的持续时间。反过来,这也影响生产率和整个机器电机控制系统的精度。 3)仅计数是不够的!电机的速度和编码器的分辨率确定被处理的脉冲的重复率。然而,当选择一个编码器的时候必须一并考虑其他因素。 编码器选择例子以一个高速应用为例,磁编码器系统,例如iC-MH在分辨率为10位时允许电机速度高达480,000 RPM。这些器件也同样提供相关的电机换向信号UVW。典型的电机速度通常在500到15,000RMP范围以内。然而,通常要求的分辨率为12位或者以上。在这种情况下,一个速度为120,000RPM和12位位置分辨率的编码器可以由iC-MH完成。iC-MH是一个单芯片绝对值编码器器件,提供多种编码器接口。包括两个串行SSI/BiSS传输接口和一个增量接口。聚焦这个标准增量信号,A/B信号的沿重复率达8MHz。这允许一个大于125ns的最小沿距离距离在两个A/B信号沿之间(见图4a:多种千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com插补细分器/编码器特性)。图4a::多种千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com插补细分器/编码器特性 位宽和速度图4b给出了每旋转编码器的脉冲数,取决于速度。在一个15位分辨率以及10,000RPM重复率时几乎达到5.5MHz。标准编码器仅在低速时能获得像这样的分辨率。随着方向改变,最小沿距离非常重要而且必须被考虑进去。图4b:脉冲速率取决于速度和分辨率直线电机例子如果使用直线电机,通常需求的速度为几米每秒。对于无芯直线电机,甚至可以获得超过7m/s的速度。对于光栅尺或磁栅尺,其提供一个周期间隔20um的正弦/余弦信号。若由采用一个分辨率因数为16的插补细分器细分,例如,采用iC-NQC,可达到1.3us的分辨率。在直线速度为2m/s时,脉冲重复率为1.6MHz。除了脉冲重复率和A/B信号的最小沿间隔之外,在开发期间也要遵守下面的这几方面: 多轴位置在tX时刻同步存储简单的速度测量在A/B信号传输期间检测失调/误差可编程计数器的长度要考虑到不同的测量精度单端和差分两种方法评估A,B和Z信号 4)构建一个快速增量接口增量编码器可以用多种不同的方法连接,对于非常缓慢的运动,使用MCU的固件和一个中断来评估信号沿即可。如果使用一个外部方向鉴别器,或者使用一个集成到MCU内部的方向鉴别器,数KHz频率的A/B信号也许由MCU的内部定时器/计数器能胜任此扫描任务。对于工业控制器/电机控制系统,FPGA也经常用来构建编码器的接口。取决于此处理器的构架,有些这方面的一些系统有局限以及不能处理高频率的编码器。然而,采用新开发的嵌入式控制器和专用的编码器处理器可以帮助设计者解决此类型的设计挑战。iC-MD是一个此类型的编码器处理器件,如图5所示,此器件提供一个完全的增量编码器接口和集成的差分RS422线接收器。iC-MD也可以连接到一个SPI接口或者一个SSI/BiSS接口。iC-MD集成的方向鉴别器激活可编程长度的同步向上/向下计数器。此允许高达3个通道,每个通道可配置高达16位,或者配置为两个24位计数器,或者配置为一个32位计数器,或者配置为一个48位计数器。在两个零脉冲之间,一个24位参考计数器计数A/B信号的沿数目。同时使用两个24位寄存器,其用来评估编码长度参考标记。累加的参考计数器值也可以用控制器或者本地MCU/DSP来计算速度或者加速度。一个速率为40MHz的编码器,最大计数频率要足够支持一个小于25ns的沿间隔。第一个24位计数器的位置可以存储以及可通过一个外部事件从接触式探针引脚(TP)读出,或者通过iC-MD的SPI/BiSS接口读出。在一个多轴控制器应用中,这个功能有助于在tX时刻同步存储所有的位置信息, 以及顺序读出传播延时时间。图5:3通道增量编码器接口带差分RS422接收器 A/B相位逻辑也被iC-MD监控,并且报告给MCU/DSP其他错误,例如过压,通过一个错误输出(NERR)。报警,例如计数器向上溢出或者向下溢出,由iC-MD的输出NWARN切换到低电平来标志。这些输出端子是双向的并且也由iC-MD作为一个外部消息来存储以及它的状态可以通过SPI/BiSS接口读出。两个执行器输出(ACT0/1)可由软件和MCU/DSP作为信号输出(例如,用于LED状态指示)或者作为开关。当考虑到很多编码器接口设计数不尽的挑战时,设计者面对的是更多的挑战。若采用编码器处理器,例如iC-MD,很多功能可以从一个已经存在的MCU/DSP平台获得。如果这样,这将会减少系统的负担以及提高很多性能和适应性来达到总体系统设计的要求。 5)概要  在未来的几年里,需要更短的机器生产速度和更节能的产品,而且为驱动系统开发快速位置传感器也将成为一个主要的挑战。有针对性的集成电路,如本文的这个例子,将有助于以成本效益的方式解决这些要求。未来的编码器iC研发瞄准的是时钟速率高达100MHz,以便更高的精度可以被快速和可靠的测量。
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走向數字化的游標掃描
游标插补细分为线性位移测量系统和旋转编码器提供了优秀的差分线性和更高的分辨率  混合信号亚微米CMOS技术提供了高性能的片上系统设计。随着传感器(光电二极管或者霍尔千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com)的集成,提高了位置传感灵敏度。模拟正弦信号插补细分已经变成了一个技术标准,线性位移系统能够到达小于1微米的分辨率。如果在这些交错间隔反复应用这个原理,就会得到更加精确的测量结果。这种方法的基本原理来自游标卡尺,这种插补细分使用了集成游标设计。无论测量尺是磁的或者光的,或者是粗略的还是精细的,计算原理是相同的。这个游标扫描过程是完全模拟的,并且发生在一个超小区域内。这个方法提供了替代既定的线性和旋转位置的传感方法。 一种细分编码器由比较主尺和游标细分尺,千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com传感器可以得到精确的读数,不需要连续扫描多个数字轨道。例如,iC-Haus的插补细分电路iC-MN(图1)可以评估一个或者两个附加到主尺的游标尺并且联合这些读数形成位置数据。图1:光学游标系统用于三个信号轨道插补细分对于iC-MN,插补细分电路定义绝对角度位置是利用三个正弦信号的相移。这种方法比仅使用两个标尺对系统要求的精度较低,较容易实现。主轨道a1决定着细分分辨率和系统绝对精度,游标轨道a3和段轨道a2产生的信息用来决定间隔(图2和图3)。一步一步的计算步进时信号错误允许的公差。采用这种方法可以制造小尺寸的测量尺和编码器机构,并且这种灵活性可以用于较小的传感器。信号的频率也降低了,因此,通过模拟电路千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com的不同相移延时的低通特性可以忽略,无需使用低通滤波器。图2:三正弦/余弦输入信号分别数字化(相位角a1,a2和a3)图3:以a1提供的细分分辨率从相移a1和a2计算出角度a3芯片功能iC-MN的每个通道有一个可调节的信号调理单元和一个采用保持电路,采样保持电路保持调理过的模拟信号用于顺序的数字化。为了达到这个目的,此单元包括一个高精度SAR ADC,带8-13位可调节分辨率的插补细分器。 在模拟电路,信号偏置电压为校准提供一个参考。此单元也评估信号幅度,如果需要,传感器提供能量给这个轨道。这意味着在室温下调理的参数设置仍然在整个工作温度范围内有效。 非线性ADC使用正切函数同时分析正弦和余弦。这用来预防ADC来自细分频率依赖由于速率错误引起的角度错误。 为了计算高分辨率角度位置,可以配置两个乃至三个轨道游标计算,这使得分辨率高25位(360度;一周内分辨率达0.04 弧度秒)。 iC-MN为7х7mm QFN48封装,需要注意连接线终端防止极性接反和错误连接,包括RS-422收发器串行数据接口。数据输出是SSI协议或者BiSS协议,BiSS时钟速率可达10Mbps。 使用这个器件可以监控所有的芯片主要功能和配置报警给指定功能。系统会识别典型的传感器错误,例如由于信号线断开引起的信号丢失,短路,脏污或者老化,并且通知控制器。 光学编码器绝对值光学编码器使用精密的标尺,使用微结构应用于玻璃基片。此器件得益于系统级片上集成解决方案和千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com尺寸。除了执行多轨道数字扫描以外此编码器还细分模拟信号来产生中间值。 光学编码器使用光束穿透模式,使用LED作为光源,码盘上面有一定数量的码道,传感器为光敏感性IC。此传感器结合光电探测器,信号调理单元和插补细分电路在一个单芯片系统。 使用一个高数量的均匀间隔围绕分布在码盘的圆周,标准工艺可以达到非常高的精细分辨率。例如,片上系统iC-LG位置传感器,初始化分达到2048个相等间隔每圈。码盘直径为42mm,码道宽度大概27um。 为了维持单圈绝对位置,此传感器必须区分出每个间隔。为了达到这个目的,码盘具有高达13个附加的码道,它以数字绝对码的形式提供了清晰的间隔信息。 此传感器会通过插补细分这些周期的间隔来更进一步完善这个位置数据。在这里,每一个间隔提供了一个正弦和一个余弦信号。通过计算正切函数,传感器可以确定一个间隔内实际的相角。这可以补偿数字绝对代码的不利因素来获得更细微的绝对位置信息,相应分辨率高达21位。 游标的窍门为了达到精细的基本分辨率,基于游标的计算也可以区分这些周期的间隔。为了达到这个目的,这个方法使用额外的正弦信号取代数字绝对码。对于测量标尺,3个轨道足以替代12个。目前的传感器,LED以及镜头都适合设计成非常小的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com,这些小尺寸的千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com开辟了新的应用。 同时,有效的光电传感器阵列,例如iC-LSH,提供高保真的无滞后和低失真正弦信号。这允许精密细分以便游标计算能基于较少的周期间隔(图4)。图4:游标编码器空间缩小一半角度误差为了达到较好的细分,确认相关信号错误和补偿这些信号是非常重要的。典型的错误源包括由偏置引起的传感器阻塞(OS和OC);传感器正弦和余弦信号的灵敏度不一致(幅度AS和AC);正弦和余弦信号之间的相移偏离90度;(ΦSERR 和/或ΦCERR)以及传感器的非线性特征曲线(正弦和/或余弦曲线的形状偏差)。在测量标尺或者光栅也有误差,例如每个周期间隔的宽度波动导致正弦和/或余弦信号的周期会不同。通常这个角度由一个周期间隔的反正切正弦和余弦信号相关的商依照等式1计算出:插补细分电路量化这个角度,细分这个周期间隔使得编码器的位置分辨率超过每旋转20位是可行的。一个短的波动角度错误是在一个周期间隔内的错误。依赖于周期间隔的数量,此错误对角度测量绝对精度有不同程度的影响。一个长的波动角度错误随着轴每旋转一周而重复。调整码盘通常会引起这种类型的错误。测量标尺的精度也是一个决定性的影响因素。编码器轴的装配也可能引起整个系统的角度错误(例如,装配偏离中心以及轴和轴承受力过大)。 对于光编码器(iC-LG,2048个周期间隔),整个一圈(360°)的绝对错误×2048)。插补细分电路可以提高10倍的精度,千赢qy553手机注册_qy553千赢娱乐手机版|千赢官方直营qy553.com精度可以达到2.8度。为了补偿较低分辨率的测量标尺的信号,对插补细分电路要求就更高。信号调理也是一个重要的因素。它必须精细的矫正波形。传感器信号谐波分量也是一个影响插补细分结果的因素,因为它会减小角度的精度。现在制造的光电传感器阵列总谐波失真低于0.4%(使用256个周期间隔),然而,已经是一个主要的错误来源。 概要幸亏有游标插补细分技术,使用此技术的编码器使得测量系统的整体性能可以达到更高的精度以及使用优良的差分精度为数字化的电机反馈系统提供更高的分辨率。一个相对较小的光学传感器仅仅由几个少数的信号相位关系足以扫描位置信息。使用此技术做编码器可以使用简单的光源,较低的功耗,和节省空间。这反过来又降低了系统成本和开辟了新的应用。 
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