نظام تعليقات التشفير البصري عالي السرعة - لتطبيقات المحركات الصغيرة

تعد المعلومات الدقيقة حول دوران المحرك، مثل الموضع والسرعة والاتجاه، أمرًا ضروريًا لإنتاج محركات أقراص ووحدات تحكم دقيقة للتطبيقات الناشئة، مثل آلات التجميع التي تقوم بتركيب المكونات- الدقيقة على مناطق PCB ذات مساحة محدودة. في الآونة الأخيرة، بدأ التحكم في المحركات في التصغير، مما أتاح تطبيقات الروبوتات الجراحية الجديدة في صناعة الرعاية الصحية وتطبيقات الطائرات بدون طيار الجديدة في الفضاء والدفاع. تعمل وحدات التحكم في المحركات الأصغر أيضًا على قيادة التطبيقات الجديدة في التجميع الصناعي والتجاري. بالنسبة للمصممين، يكمن التحدي في تلبية-متطلبات الدقة العالية لأجهزة استشعار ردود الفعل الموضعية في التطبيقات عالية السرعة-مع دمج جميع المكونات داخل مساحة PCB محدودة للتثبيت داخل حزم صغيرة، مثل الأذرع الآلية.

يجب أن تدعم كل قناة من قنوات ADC أخذ العينات المتزامن للحصول على نقاط بيانات الجيب وجيب التمام في وقت واحد، حيث توفر هذه النقاط المدمجة معلومات موضع المحور. يتم إرسال نتائج تحويل ADC إلى ASIC أو وحدة التحكم الدقيقة. تقوم وحدة التحكم في المحرك باستطلاع موضع التشفير أثناء كل دورة PWM وتستخدم هذه البيانات لتشغيل المحرك وفقًا للأوامر المستلمة. في الماضي، للاندماج في مساحة اللوحة المحدودة، كان على مصممي النظام التضحية إما بسرعة ADC أو عدد القنوات.

مع استمرار التقدم التكنولوجي، فإن تطبيقات التحكم في المحركات التي تتطلب -كشفًا عالي الدقة للموضع تشهد ابتكارًا مستمرًا. يمكن تحديد دقة أجهزة التشفير الضوئية من خلال عدد الفتحات المطبوعة حجريًا ضوئيًا بدقة على القرص، والتي تتراوح عادةً من مئات إلى آلاف. من خلال تغذية إشارات الجيب وجيب التمام هذه إلى -ADCs عالية السرعة وعالية الأداء-، يمكن إنشاء أجهزة تشفير ذات دقة أعلى دون الحاجة إلى إجراء تغييرات في النظام على قرص التشفير. على سبيل المثال، فإن أخذ عينات من إشارات الجيب وجيب التمام الخاصة بجهاز التشفير بمعدل أقل لا يلتقط سوى عدد محدود من قيم الإشارة، كما هو موضح في الشكل 3؛ وهذا يحد من دقة سعة الموضع. في الشكل 3، يسمح أخذ العينات بمعدل أعلى باستخدام ADC بالحصول على قيم إشارة أكثر تفصيلاً، مما يتيح تحديد الموقع بشكل أكثر دقة. يدعم معدل أخذ العينات ذو السرعة العالية لـ ADC (ADC) عملية أخذ العينات الزائدة، مما يؤدي إلى تحسين أداء الضوضاء بشكل أكبر والتخلص من بعض متطلبات{11}المعالجة الرقمية اللاحقة. وفي الوقت نفسه، يمكن تقليل معدل بيانات إخراج ADC، مما يعني أنه يدعم إشارات التردد التسلسلي الأبطأ، وبالتالي تبسيط الواجهة الرقمية. يتم تركيب أنظمة التغذية الراجعة لموضع المحرك على مجموعة المحرك، والتي قد تكون مضغوطة للغاية في بعض التطبيقات. ولذلك، يعد الحجم أمرًا بالغ الأهمية لتركيب وحدة التشفير في منطقة PCB المحدودة المتاحة. يوفر دمج مكونات قنوات متعددة ضمن حزمة مصغرة واحدة توفيرًا كبيرًا في المساحة.

يوضح الشكل 4 مثالاً للحل الأمثل المناسب لأنظمة التغذية المرتدة لموضع التشفير البصري. تتفاعل هذه الدائرة بسهولة مع أجهزة التشفير الضوئية من النوع - المطلقة، ثم تلتقط بسهولة إشارات الجيب وجيب التمام التفاضلية من جهاز التشفير. إن مضخم الصوت الأمامي ADA4940-2-هو عبارة عن مضخم صوت مزدوج-قناة، منخفض الضوضاء-، ومضخم تفاضلي كامل يستخدم لتشغيل AD7380. والأخيرة عبارة عن قناة مزدوجة، 16 بت، تفاضلية كاملة، 4 عينات متزامنة من MSPS SAR ADC موجودة في حزمة LFCSP مدمجة مقاس 3 مم × 3 مم. يمكّن مصدر الجهد المرجعي الموجود على -الرقاقة 2.5 فولت من تنفيذ هذه الدائرة بأقل عدد ممكن من المكونات. يمكن تشغيل VCC وVDRIVE الخاصين بـ ADC، جنبًا إلى جنب مع قضبان إمداد محرك مكبر الصوت، بواسطة منظمات LDO مثل LT3023 وLT3032. عندما تكون هذه التصميمات المرجعية مترابطة (على سبيل المثال، باستخدام وحدة تشفير بصرية ذات فتحة 1024{36}} تولد 1024 دورة جيب وجيب تمام لكل ثورة في قرص التشفير)، تقوم AD7380 ذات 16 بت باختبار كل فتحة تشفير عبر 216 رمزًا، مما يزيد الدقة الإجمالية لجهاز التشفير إلى 26 بت. يضمن معدل إنتاجية 4 MSPS التقاط معلومات مفصلة عن دورة الجيب وجيب التمام بالإضافة إلى أحدث بيانات موقع التشفير. تتيح هذه الإنتاجية العالية تنفيذ عملية أخذ العينات الزائدة على الرقاقة، مما يقلل من التأخير الزمني عندما يقوم جهاز ASIC الرقمي أو وحدة التحكم الدقيقة بتغذية المحرك بتعليقات دقيقة حول موضع جهاز التشفير. هناك فائدة أخرى من ميزة زيادة العينات على الرقاقة AD7380 وهي إمكانية إضافة 2 بت إضافية من الدقة، والتي يمكن دمجها مع ميزة تحسين الدقة على الرقاقة. يعمل تحسين الدقة هذا على تحسين الدقة، حيث يصل إلى 28 بت. ملاحظة حول التطبيق توفر AN-2003 معلومات تفصيلية حول إمكانات تحسين دقة العينات ودقة العرض لجهاز AD7380.