Come fare: un encoder rotativo senza contatto: 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questa nota applicativa descrive come progettare un interruttore rotante o un encoder ad alta affidabilità utilizzando un Dialog GreenPAK™. Questo design dell'interruttore è senza contatto e quindi ignora l'ossidazione e l'usura dei contatti. È ideale per l'uso all'aperto in presenza di umidità a lungo termine, polvere, temperature estreme, ecc. Dialog GreenPAK SLG46537: GreenPAK CMIC fornisce tutte le funzioni del circuito per questo progetto. Genera un segnale (EVAL) per migliorare il rapporto segnale-rumore, riceve input da ciascun pad di settore del selettore rotativo e interpreta ciascun pad di settore utilizzando l'Asynchronous State Machine (ASM) per garantire una sola selezione dell'interruttore.

Di seguito abbiamo descritto i passaggi necessari per comprendere come è stata programmata la soluzione per creare un encoder rotativo senza contatto. Tuttavia, se desideri solo ottenere il risultato della programmazione, scarica il software GreenPAK per visualizzare il file di progettazione GreenPAK già completato. Collega il kit di sviluppo GreenPAK al tuo computer e premi il programma per creare il convertitore 8Ch PWM per la modulazione della posizione degli impulsi.

Passaggio 1: concetto di design

Questo design funziona in base al tempismo. Genera un segnale di clock (EVAL) per sollevare lentamente ciascun pad di settore tramite resistori esterni da 100 kohm (Figura 1). Il segnale EVAL è accoppiato capacitivamente al “wiper” centrale che pilota il fronte di salita del pad di settore selezionato più velocemente di tutti gli altri (veloce in Figura 1). La macchina a stati asincrona GreenPAK (ASM) valuta quindi quale fronte di salita è arrivato per primo e il risultato viene bloccato. Il vantaggio del design dell'accoppiamento capacitivo è per l'affidabilità. Indipendentemente dal fatto che l'encoder sia costruito in modo capacitivo e quindi si usura alla connessione diretta, o sia costruito una connessione diretta e quindi si degrada (si ossida) a capacitivo, funziona ancora. Lo schema di primo livello nella Figura 1 mostra le uscite collegate a LED esterni per dimostrazione.

La figura 2 è una cattura dell'oscilloscopio che mostra la differenza nel tempo di salita di un pad di settore avente il cursore di selezione allineato con esso, rispetto al tempo di salita degli altri pad non selezionati. Il delta T è 248 nS, un margine più che sufficiente per la risoluzione della macchina a stati asincrona GreenPAK (ASM).

L'ASM può risolversi in meno di un nanosecondo e il suo circuito di arbitraggio interno garantisce che sia valido solo uno stato. Pertanto, verrà registrata solo un'uscita alla volta.

Passaggio 2: implementazione della progettazione GreenPAK

Lo schema programmato nel GreenPAK CMIC è mostrato nella Figura 3.

Per risparmiare energia, il segnale EVAL viene generato a una velocità appropriata per il tempo di risposta dell'applicazione. L'oscillatore a bassa frequenza viene utilizzato e ulteriormente suddiviso con CNT2. In questo esempio è circa 16 Hz. Vedere le impostazioni di configurazione nella Figura 4.

L'illustrazione delle possibili transizioni di stato è mostrata nel diagramma di stato ASM (Figura 5).

Una copia leggermente ritardata di EVAL viene utilizzata come ripristino ASM ad ogni ciclo. Ciò garantisce che si inizi sempre da STATE0. Dopo la condizione di ripristino dell'ASM, il segnale EVAL viene monitorato dall'ASM su ciascuno dei pad. Solo il primo fronte di salita causerà la transizione di stato da STATE0. Eventuali successivi fronti di salita da altri pad verranno ignorati poiché è possibile solo una transizione di stato. Ciò è dovuto anche al modo in cui abbiamo configurato l'ASM come mostrato nella Figura 6. Ciascuno dei 6 stati di uscita dell'ASM corrisponde a uno solo dei pad di settore. I latch DFF mantengono stabile il risultato dell'ASM in modo che non vi sia alcuna commutazione dell'uscita finale durante il ripristino dell'ASM. La polarità desiderata per pilotare i nostri pin di uscita NMOS a scarico aperto ci richiede di configurare i DFF con uscite invertite.

Passaggio 3: risultati del test

Le foto sotto mostrano un prototipo grezzo, completamente operativo. È anche a bassa potenza, misurando solo 5 uA per GreenPAK. La disposizione dei pad e del tergicristallo è massimizzata per un segnale più forte. Il prototipo è risultato immune a forti interferenze RF come grandi lampadine fluorescenti e radio 5 W 145 MHz. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che tutti i pad ricevono l'interferenza in modalità comune.

È possibile disporre i pattini e le dimensioni del tergicristallo in modo che non vi sia sovrapposizione di 2 pattini contemporaneamente al tergicristallo in qualsiasi posizione. Ciò potrebbe non essere realmente necessario poiché il circuito di arbitraggio ASM consentirà che solo uno degli stati sia valido, anche in caso di 2 fronti di salita simultanei. Questo è un altro motivo per cui questo design è robusto. Una buona sensibilità si ottiene con il layout della scheda che ha tracce di interconnessione ai pad molto strette e di uguale lunghezza tra loro in modo che la capacità totale di ciascun pad di settore sia abbinata con gli altri. Un prodotto finale potrebbe includere arresti meccanici per il tergicristallo in modo che "scatti" quando è centrato in ciascuna delle posizioni e fornisce anche una piacevole sensazione tattile.

Conclusione GreenPAK CMIC diDialog offre una soluzione a bassa potenza, robusta e completa per questo commutatore rotante ad alta affidabilità. È ideale per applicazioni come timer e controlli per esterni che richiedono un funzionamento stabile ea lungo termine.