How To: een contactloze roterende encoder: 3 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Deze toepassingsnota beschrijft hoe u een zeer betrouwbare draaischakelaar of encoder kunt ontwerpen met behulp van een Dialog GreenPAK™. Dit schakelaarontwerp is contactloos en negeert daarom contactoxidatie en slijtage. Het is ideaal voor gebruik buitenshuis waar sprake is van langdurig vocht, stof, extreme temperaturen, enz. Dialog GreenPAK SLG46537: De GreenPAK CMIC biedt alle circuitfuncties voor dit ontwerp. Het genereert een signaal (EVAL) voor verbeterde signaal-naar-ruis, ontvangt invoer van elk sectorpad van de draaischakelaar en interpreteert elk sectorpad met behulp van de Asynchronous State Machine (ASM) om slechts één schakelaarselectie te garanderen.

Hieronder hebben we de stappen beschreven die nodig zijn om te begrijpen hoe de oplossing is geprogrammeerd om een contactloze roterende encoder te maken. Als u echter alleen het resultaat van het programmeren wilt hebben, download dan GreenPAK-software om het reeds voltooide GreenPAK-ontwerpbestand te bekijken. Sluit de GreenPAK Development Kit aan op uw computer en druk op programma om de converter 8Ch PWM naar pulspositiemodulatie te maken.

Stap 1: Ontwerpconcept

Dit ontwerp werkt door timing. Het genereert een kloksignaal (EVAL) om elk sectorpad langzaam omhoog te trekken via externe 100 kohm-weerstanden (Afbeelding 1). Het EVAL-signaal is capacitief gekoppeld aan de centrale "wisser" die de stijgende flank van het geselecteerde sectorpad sneller aanstuurt dan alle andere (snel in figuur 1). De GreenPAK Asynchronous State Machine (ASM) evalueert vervolgens welke stijgende flank het eerst is aangekomen en het resultaat wordt vergrendeld. Het voordeel van het ontwerp van de capacitieve koppeling is de betrouwbaarheid. Of de encoder nu capacitief is gebouwd en vervolgens verslijt tot directe verbinding, of een directe verbinding is gebouwd en vervolgens degradeert (oxideert) tot capacitief, het werkt nog steeds. Het schema op het hoogste niveau in figuur 1 toont de uitgangen die zijn aangesloten op externe LED's voor demonstratie.

Figuur 2 is een oscilloscoopopname die het verschil toont in stijgtijd van een sectorkussen met de selectieveger uitgelijnd daarmee, versus de stijgtijd van de andere niet-geselecteerde kussens. De delta T is 248 nS, wat meer dan genoeg marge is voor de GreenPAK Asynchronous State Machine (ASM) om op te lossen.

De ASM kan oplossen in minder dan een nanoseconde, en zijn interne arbitragecircuit garandeert dat slechts één toestand geldig is. Er wordt dus slechts één uitgang tegelijk geregistreerd.

Stap 2: Implementatie van GreenPAK-ontwerp

Het schema dat in de GreenPAK CMIC is geprogrammeerd, wordt weergegeven in afbeelding 3.

Om energie te besparen, wordt het EVAL-signaal gegenereerd met een snelheid die geschikt is voor de reactietijd van de toepassing. De laagfrequente oscillator wordt gebruikt en verder onderverdeeld met CNT2. In dit voorbeeld is dat ongeveer 16 Hz. Zie configuratie-instellingen in Afbeelding 4.

De illustratie van de mogelijke toestandsovergangen wordt getoond in het ASM-toestandsdiagram (Figuur 5).

Bij elke cyclus wordt een enigszins vertraagde kopie van EVAL gebruikt als ASM-reset. Dit zorgt ervoor dat we altijd starten vanuit STATE0. Na de ASM-resetconditie wordt het EVAL-signaal gecontroleerd door de ASM op elk van de pads. Alleen de vroegste stijgende flank zal de toestandsovergang uit STATE0 veroorzaken. Alle volgende stijgende flanken van andere pads worden genegeerd omdat er slechts één toestandsovergang mogelijk is. Dit komt ook door de manier waarop we de ASM hebben geconfigureerd zoals weergegeven in figuur 6. Elk van de 6 ASM-uitgangsstatussen komt overeen met slechts één van de sectorpads. De DFF-vergrendelingen houden het ASM-resultaat stabiel, zodat de uiteindelijke uitvoer niet wordt geschakeld tijdens ASM-reset. De gewenste polariteit voor het aansturen van onze NMOS-uitgangspinnen met open afvoer vereist dat we de DFF's configureren met omgekeerde uitgangen.

Stap 3: Testresultaten

De onderstaande foto's tonen een ruw prototype, volledig operationeel. Het heeft ook een laag stroomverbruik en meet slechts 5 uA voor de GreenPAK. De lay-out van pads en wisser is gemaximaliseerd voor het sterkste signaal. Het prototype bleek immuun te zijn voor sterke RF-interferentie, zoals grote fluorescentielampen en 5 W 145 MHz-radio. Dit komt waarschijnlijk omdat alle pads de interferentie in de gewone modus ontvangen.

Het is mogelijk om de pads en de wisserafmetingen zo neer te leggen dat er geen overlapping is van 2 pads tegelijk met de wisser in elke positie. Dit is misschien niet echt nodig omdat het ASM-arbitragecircuit slechts één van de toestanden toelaat, zelfs in het geval van 2 gelijktijdige stijgende flanken. Dat is nog een reden waarom dit ontwerp robuust is. Een goede gevoeligheid wordt bereikt doordat de kaartlay-out verbindingssporen naar de pads heeft die erg smal zijn en van gelijke lengte zijn, zodat de totale capaciteit van elke sectorpad overeenkomt met die van de andere. Een eindproduct kan mechanische pallen voor de wisser bevatten, zodat deze "klikt" wanneer deze op elk van de posities wordt gecentreerd, en ook een prettig tastbaar gevoel geeft.

ConclusieDialog's GreenPAK CMIC biedt een energiezuinige, robuuste en complete oplossing voor deze zeer betrouwbare draaischakelaar. Het is ideaal voor toepassingen zoals buitentimers en bedieningselementen die een stabiele, langdurige werking vereisen.