Rotační enkodéry jsou používány v nejrůznějších aplikacích, kde je třeba snímat úhel natočení - v robotice, v servech, ve spotřební elektronice a v mnoha dalších produktech. Nejčastěji jsou řešeny na mechanickém principu nebo na principu optickém. Firma Austria Microsystems nabízí za příznivou cenu monolitický rotační enkodér na magnetickém principu s označením AS5040.

Základní vlastnosti

• Bezkontaktní snímání úhlu natočení v rozsahu 360°
• Dva digitální výstupy: PWM a sériové rozhraní
• Tři výstupní módy: Quadrature A/B a Index, Step / Direction a Index nebo třífázový
• Programovatelná přesnost na 10,9,8 nebo 7 bitů
• Uživatelsky programovatelná pozice nuly (indexu)
• Detekce chybových stavů
• Rychlost otáčení až 10.000 ot/m
• Simulace stisknutí tlačítka pomocí detekce pohybu magnetu v ose Z
• Sériové čtení z více AS5040 pomocí zapojení daisy chain
• Teplotní rozsah -40°C až +125°C
• Pouzdro SSOP 16 s rozměry 5.3 x 6.2 mm

Typické aplikace

• Bezkontaktní snímání natočení
• Robotika
• Snímání pozice volantu
• Snímání pozice plynového pedálu
• Náhrada optických enkodérů
• Otočné přepínače v přístrojích
• Náhrada potenciometrů
• ... a mnohé další

Popis

AS5040 kombinuje na jednom čipu integrované Hallovy sondy, analogové rozhraní a digitální zpracování signálu. Poskytuje inkrementální výstupní signály a absolutní úhlovou pozici magnetu, který je umístěn nad nebo pod čipem. Zařízení může být konfigurováno podle uživatelských požadavků, a to naprogramováním vnitřních OTP registrů. Vnitřní regulátor umožňuje práci v systémech s napájením jak 3.3 V, tak i 5 V.

Blokové schéma AS5040

Absolutní informace o úhlu natočení

AS5040 může poskytovat desetibitový absolutní údaj o úhlu natočení po sériovém rozhraní SSI. V tomto módu posílá 16 bitů, z čehož 10 udává absolutní úhel natočení (s rozlišením 360 / 1024 = 0.35 stupně), následují tři stavové bity, pak dva bity, udávající zda se magnetické pole nemění, zvětšuje (=magnet se přibližuje), zmenšuje (=magnet se vzdaluje) nebo zda je mimo meze (např. není přítomno). Zpráva končí paritou.

V tomto módu je možno zřetězit více AS5040 (daisy chain) a pak tyto informace předává jedno zařízení po druhém.

Výstup absolutní informace

Inkrementální výstup

V tomto módu poskytuje AS5040 buď Quad A/B výstup (dva fázově posunuté signály, jejichž změny oznamují pohyb a fázový posun směr pohybu) nebo Step / Direction, kdy jeden výstup oznamuje pohyb a druhý směr pohybu. K těmto výstupům se přidává výstup Index, který oznamuje "nulové" natočení magnetického pole.

Inkrementální výstup

PWM výstup

AS5040 může informaci o natočení magnetického pole poskytovat i formou PWM výstupu, při kterém je úhel natočení definován poměrem mezi dobou trvání jedničkového a dobou trvání nulového impulsu. Frekvence výstupu PWM je zhruba 1kHz.

PWM výstup lze připojit na integrátor (Low-Pass filtr) a získat tak analogové hodnoty úhlu natočení.

PWM výstup

Fázový výstup pro brushless motory

V tomto módu slouží AS5040 jako řídící prvek pro bezkomutátorové motory a poskytuje tři výstupní signály: U, V a W, které jsou navzájem posunuty buď o 120° nebo o 30° a tím umožňují řídit jak jednopólové, tak i dvoupólové motory.

Signály U, V a W pro brushless motory

Programování

Obvod obsahuje OTP (One-Time Programmable, jednou programovatelné) registry, které mohou být naprogramovány po sériovém rozhraní, a které určují mód, v němž bude obvod pracovat. Obsahují také informaci o azimutu, tedy o "nulové pozici".

Závěr

AS5040 je zajímavou součástkou, která rozhodně najde své využití v široké škále aplikací, ve kterých je potřeba snímat úhel natočení. Díky svým bohatým možnostem nastavení umožní návrhářům snadné zakomponování do navrhované aplikace. Výrobce poskytuje kromě samotného obvodu i hotové moduly a demoboard.

DOWNLOAD & Odkazy

• Austria Microsystems - http://www.austriamicrosystems.com/
• Datasheet - AS5040 datasheet.pdf