JAJA888 June 2025 ADS9327
エンコーダの信号チェーン
位置エンコーダの信号チェーン設計
ロボティクス、半導体製造、コンピュータ数値制御 (CNC) 機器、医療画像処理などのアプリケーションでは、高精度・高速の機器を使用するため、最大限の出力を提供するために最適化された低ノイズの信号チェーンが求められます。テキサス・インスツルメンツは、高性能な位置エンコーダ設計のポートフォリオを提供しており、制御ループの性能向上を実現する高速・高精度なアナログ・デジタル コンバータ (ADC)、誘導・磁気・光学式エンコーダ向けの専用センサー、高性能トランシーバを含んでいます。
図 1 エンコーダの信号チェーン誘導・磁気・光学式エンコーダ
高速・高精度な ADC には、ADS9219、ADS9224R、および ADS9327 シリーズのデバイスが含まれます。これらのデバイスは、高いスループット速度と同時サンプリング機能を備えており、オンチップでのオーバーサンプリングを可能にし、角度位置の精度を向上させます。ADS9219 シリーズには、ADC 入力用の統合ドライバが含まれており、信号チェーンを簡素化し、消費電力を削減するとともに、1MHz を超える高周波信号の対応を可能にします。表 1 は、異なる分解能、サンプル レート、パッケージ サイズの要件に対応する代替 ADC オプションを提供します。エンコーダに関するこの製品概要では、エンコーダ アプリケーション用 ADC の詳細なリストを提供しています。高解像度の要件を伴わないアプリケーション向けに、C2000 リアルタイム マイクロコントローラーは、複数の高速 12 ビット ADC を搭載しています。TPS7A20 や TPS7A87 のような単一レールおよび多重レールの低ノイズ LDO は、光学式・磁気式・誘導式エンコーダの信号チェーン内のすべてのコンポーネントに電力を供給します。THVD2450V は、±70V のフォルト保護機能を備えた半二重 RS-485 トランシーバであり、柔軟な I/O 電源を持ち、クロックの送信向けに設計されています。
| 2 チャンネル同時サンプリング ADC | 分解能 (ビット) | サンプル レート（MSPS） | サイズ（mm x mm） |
|---|---|---|---|
| ADS9219 | 18 | 20 | 6 x 6 |
| ADS9218 | 18 | 10 | 6 x 6 |
| ADS9227 | 16 | 5 | 6 x 6 |
| ADS9327 | 16 | 5 | 3.5 x 3.5 |
| ADS9224R | 16 | 3 | 5 x 5 |
| ADS9324R | 14 | 3 | 5 x 5 |
| ADS7254 | 12 | 1 |
誘導式エンコーダ向けに、LDC5072-Q1 IC は、車載および産業用途における絶対回転位置を対象とした非接触型誘導位置センサー向けのアナログ フロントエンドです。LDC5072-Q1 は、通常プリント基板 (PCB) に印刷されたセンシング コイルを励振します。励振信号は、受信センシング コイルの近接位置に配置された導電性ターゲットを介して、同じ PCB 上の 2 組の受信コイルへと結合されます。センシング コイルは PCB 上に固定されており、金属ターゲットはモーター、アクチュエータ、またはバルブとともに移動します。励振コイルは、ターゲットの位置に応じて受信コイル上に高周波の二次電圧を生成します。受信コイルの電圧を読み取り、処理を行い、アナログのサイン波およびコサイン波信号を出力することで、位置の信号表現が得られます。適切なセンサー コイル設計を行うことで、<<1 度という低誤差レベルの達成が可能です。
図 2 誘導式エンコーダ信号チェーン磁気式エンコーダ向けに、TMAG6180-Q1 は 360° の角度範囲を備えた高精度な異方性磁気抵抗 (AMR) センサーです。このデバイスは、信号調整アンプを統合しており、適用された面内磁場の方向に関連する差動サイン波およびコサイン波のアナログ出力を提供します。このデバイスは、広範な動作磁場範囲を備えており、サイン波およびコサイン波出力の超低遅延により、柔軟な機械的配置を可能にするとともに、遅延に関連する角度誤差を最小化します。
図 3 磁気式エンコーダの信号チェーンTHS4567 は、220MHz の高入力インピーダンスを備えた全差動アンプであり、独立した入力コモンモードおよび出力コモンモード制御を含み、光学式エンコーダ向けに設計されています。このデバイスは、全差動のトランスインピーダンス アンプ (TIA) として動作し、単一の統合ステージ内で ADS9327 への直接 ADC ドライバとして機能します。
図 4 光学式エンコーダの信号チェーントランシーバ
モーター エンコーダ アプリケーションにおけるトランシーバは、過酷な環境に耐えられるだけの堅牢性が求められます。THVD2450V はそれを考慮して設計されており、±70V のフォルト耐性、±25V の動作コモンモード範囲を備え、±4kV EFT に耐える性能を有しています。これらの設計仕様により、THVD2450V はモーター エンコーダ アプリケーション向けに設計されています。THVD2450V は、送信機および受信機のスキューが低いため、SSI、BiSS、EnDat 2.2、Hiperface DSL などのプロトコルで使用可能です。
パワー マネージメント
高度な製造技術の導入が進む中で、より多くのモーターがエンコーダとともに展開されるため、エンコーダのフォーム ファクタを縮小することが不可欠となります。低ノイズ・多重レール・高電力密度の LDO により、エンコーダ内の熱管理や基板スペースの課題を軽減できます。
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