GERU007B June   2015  – March 2025

 

  1.   1
  2.   Beschreibung
  3.   Ressourcen
  4.   Merkmale
  5.   Anwendungen
  6.   6
  7. 1 Systembeschreibung
    1. 1.1 Design-Übersicht
    2. 1.2 Analoger inkrementelle Sin/Cos-Encoder
      1. 1.2.1 Sin/Cos-Encoder-Ausgangssignale
      2. 1.2.2 Beispiele für elektrische Sin/Cos-Encoder-Parameter
    3. 1.3 Methode zur Berechnung der hochauflösenden Position mit Sin/Cos-Encodern
      1. 1.3.1 Theoretischer Ansatz
        1. 1.3.1.1 Übersicht
        2. 1.3.1.2 Berechnung des Winkels mit grober Auflösung
        3. 1.3.1.3 Berechnung des Winkels mit feiner Auflösung
        4. 1.3.1.4 Berechnung des interpolierten hochauflösenden Winkels
        5. 1.3.1.5 Praktische Implementierung für nicht ideale Synchronisation
        6. 1.3.1.6 Überlegungen zu Auflösung, Genauigkeit und Geschwindigkeit
    4. 1.4 Auswirkungen von Sin/Cos-Encoder-Parametern auf die Spezifikation analoger Schaltkreise
      1. 1.4.1 Überlegungen zum Design der analogen Signalkette für die Phaseninterpolation
      2. 1.4.2 Systemdesign der Komparatorfunktion für inkrementelle Anzahl
  8. 2 Designmerkmale
    1. 2.1 Sin/Cos-Encoder-Schnittstelle
    2. 2.2 Hostprozessor-Schnittstelle
    3. 2.3 Evaluierungs-Firmware
    4. 2.4 Power-Management
    5. 2.5 EMV-Störfestigkeit
  9. 3 Blockschaltbild
  10. 4 Schaltkreisdesign und Komponentenauswahl
    1. 4.1 Analoge Signalkette
      1. 4.1.1 Hochauflösender Signalweg mit 16-Bit-Doppelabtastungs-ADC
        1. 4.1.1.1 Komponentenauswahl
        2. 4.1.1.2 Eingangssignalabschluss und -schutz
        3. 4.1.1.3 Differenzialverstärker THS4531A und 16-Bit-ADC ADS8354
      2. 4.1.2 Analoger Signalweg mit unsymmetrischem Ausgang für MCU mit eingebettetem ADC
      3. 4.1.3 Komparator-Subsystem für die digitalen Signale A, B und R
        1. 4.1.3.1 Nicht invertierender Komparator mit Hysterese
    2. 4.2 Power-Management
      1. 4.2.1 24-V-Eingang auf 6-V-Zwischenschiene
      2. 4.2.2 Encoder-Versorgung
      3. 4.2.3 Signalketten-Stromversorgung 5 V und 3,3 V
    3. 4.3 Hostprozessor-Schnittstelle
      1. 4.3.1 Signalbeschreibung
      2. 4.3.2 Hochauflösender Pfad unter Verwendung des 16-Bit-Dual-ADC ADS8354 mit seriellem Ausgang
        1. 4.3.2.1 Ausgabedatenformat des Vollausschlagsbereichs von ADS8354
        2. 4.3.2.2 Serielle Datenschnittstelle von ADS8354
        3. 4.3.2.3 Wandlungsdaten von ADS8354 lesen
        4. 4.3.2.4 Registerkonfiguration für ADS8354
    4. 4.4 Encoder-Anschluss
    5. 4.5 Design-Upgrades
  11. 5 Softwaredesign
    1. 5.1 Übersicht
    2. 5.2 C2000-Piccolo-Firmware
    3. 5.3 Benutzerschnittstelle
  12. 6 Erste Schritte
    1. 6.1 TIDA-00176-Platinen-Übersicht
    2. 6.2 Anschlüsse und Jumpereinstellungen
      1. 6.2.1 Übersicht über Anschlüsse und Jumper
      2. 6.2.2 Standard-Jumperkonfiguration
    3. 6.3 Design-Evaluierung
      1. 6.3.1 Voraussetzungen
      2. 6.3.2 Hardware-Einrichtung
      3. 6.3.3 Software-Einrichtung
      4. 6.3.4 Benutzerschnittstelle
  13. 7 Prüfergebnisse
    1. 7.1 Analoge Leistungstests
      1. 7.1.1 Hochauflösender Signalweg
        1. 7.1.1.1 Bode-Diagramm des Analogpfads vom Encoder-Anschluss bis zum ADS8354-Eingang
        2. 7.1.1.2 Leistungsdiagramme (DFT) für den gesamten hochauflösenden Signalweg
        3. 7.1.1.3 Hintergrundinformationen zu AC-Leistungsdefinitionen für ADCs
      2. 7.1.2 Analoger Differential-to-single-ended-Signalweg
      3. 7.1.3 Komparator-Subsystem mit digitalen Ausgangssignalen ATTL, BTTL und RTTL
    2. 7.2 Stromversorgungstests
      1. 7.2.1 24-V-DC/DC-Eingangsversorgung
        1. 7.2.1.1 Lastleitungsregelung
        2. 7.2.1.2 Ausgangsspannungswelligkeit
        3. 7.2.1.3 Schaltknoten und Schaltfrequenz
        4. 7.2.1.4 Wirkungsgrad
        5. 7.2.1.5 Bode-Diagramm
        6. 7.2.1.6 Thermisches Diagramm
      2. 7.2.2 Ausgangsspannung der Encoder-Stromversorgung
      3. 7.2.3 5-V- und 3,3-V-Point-of-Load
    3. 7.3 Systemleistung
      1. 7.3.1 Sin/Cos-Encoder-Ausgangssignal-Emulation
        1. 7.3.1.1 Ein-Perioden-Test (inkrementelle Phase)
        2. 7.3.1.2 Ein mechanischer Umdrehungstest bei maximaler Geschwindigkeit
    4. 7.4 Sin/Cos-Encoder-Systemtests
      1. 7.4.1 Nullindex-Marker R
      2. 7.4.2 System-Funktionstests
    5. 7.5 EMV-Testergebnis
      1. 7.5.1 Testeinrichtung
      2. 7.5.2 ESD-Prüfergebnisse nach IEC 61000-4-2
      3. 7.5.3 EFT-Prüfergebnisse nach IEC 61000-4-4
      4. 7.5.4 Stoßspannungsprüfungsergebnisse nach IEC 61000-4-5
  14. 8 Designdateien
    1. 8.1 Schaltpläne
    2. 8.2 Stückliste
    3. 8.3 PCB-Layout-Richtlinien
      1. 8.3.1 Platinenschichtdiagramme
    4. 8.4 Altium-Projekt
    5. 8.5 Gerber-Dateien
    6. 8.6 Softwaredateien
  15. 9 Quellennachweise
  16. 10Autorenprofil
    1.     Danksagung
  17. 11Revisionsverlauf

7.4.2 System-Funktionstests

Die folgenden Tests bezüglich statischer Winkel wurden mit einem Sin/Cos-Encoder ROD480-1024 bei 1 m und 71 m Kabellänge durchgeführt. Gesamtgenauigkeitsmessungen mit einer höheren Genauigkeit als 0,003 Grad (10 Bogensekunden) waren aufgrund des Fehlens eines mechanisch ausreichend genauen Encoder-Prüfstands nicht möglich. Eine Abbildung der Testkonfiguration ist in Abbildung 7-33 dargestellt.

TIDA-00176 TIDA-00176-Testaufbau mit 70-m-Kabel (20 m + 50 m) und Sin/Cos-Encoder ROD4800-1024Abbildung 7-33 TIDA-00176-Testaufbau mit 70-m-Kabel (20 m + 50 m) und Sin/Cos-Encoder ROD4800-1024

Abbildung 7-34 und Abbildung 7-35 zeigen den mit ROD480-1024 (Zeilenanzahl 1024) gemessenen Winkel im Zeitverlauf für einen statischen Winkel bei den Kabellängen 1 m und 70 m entsprechend an. Der Schaft war nicht fixiert.

Beachten Sie, dass sich der absolute Winkel für die 1-m- und 71-m-Messung durch mechanische Vibrationen bei der Entfernung des 1-m-Kabels vom Encoder und der Montage des 70-m-Kabels leicht geändert hat.

TIDA-00176 Systemtest, gemessene Winkelverteilung mit ROD480-1024 bei 1 m KabellängeAbbildung 7-34 Systemtest, gemessene Winkelverteilung mit ROD480-1024 bei 1 m Kabellänge
TIDA-00176 Systemtest, gemessene Winkelverteilung mit ROD480-1024 bei 71 m KabellängeAbbildung 7-35 Systemtest, gemessene Winkelverteilung mit ROD480-1024 bei 71 m Kabellänge

Der gemessene Winkel mit dem ROD480-1024 hat eine Rauschverteilung von ± 0,0001 Grad (0,36 Bogensekunden). Es gibt keinen signifikanten Unterschied zwischen den 1-m- und 70-m-Messungen, da die Dämpfung des Kabels bei 0 Hz etwa – 1,5 dB betrug.

Um die grundlegende Genauigkeit und Wiederholbarkeit des TIDA-00176-Designs mit einem Sin/Cos-Encoder zu überprüfen, ist der Sin/Cos-Encoder ROD480-1024 mechanisch mit einem EnDat-2.2-Encoder ROQ437 gekoppelt. Der ROD480-1024 wird über ein 70-m-Kabel angeschlossen. Eine Abbildung der Testkonfiguration ist in Abbildung 7-37 dargestellt.

Abbildung 7-36 Zeigt die Winkeldifferenz zwischen dem TIDA-00176, das mit einem Sin/Cos-Encoder ROD480-1024 verbunden ist, und einem EnDat-2.2-Absolut-Encoder ROQ437, wobei der absolute Winkel durch einen Sitara-AM437x-EnDat-2.2-Master gelesen wird. Der absolute Winkel weist einen kosinusförmigen Fehler auf, der auf eine nicht-ideale, nicht-zentrische Kupplung der beiden Wellen mit einer geringen Unrundheit zurückzuführen ist.

Der Encoder wurde mehrmals gedreht und der Winkel entsprechend erfasst, um auch die Wiederholbarkeit zu überprüfen.

Wie erwartet war die mechanische Konfiguration jedoch nicht genau und präzise genug, um Rückschlüsse auf die absolute Gesamtgenauigkeit des Systems zu ziehen. Daher sind die in Sektion 7.3 durchgeführten Tests auf Basis der Encoder-Emulation repräsentativer für die Leistung, die vom Referenzdesign TIDA-00176 zu erwarten ist.

TIDA-00176 Grundlegender Systemgenauigkeitstest mit Sin/Cos-Encoder bei 70 m KabellängeAbbildung 7-36 Grundlegender Systemgenauigkeitstest mit Sin/Cos-Encoder bei 70 m Kabellänge