ZHCU108B June   2015  – March 2025

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1 系统说明
    1. 1.1 设计概述
    2. 1.2 模拟正弦/余弦增量编码器
      1. 1.2.1 正弦/余弦编码器输出信号
      2. 1.2.2 正弦/余弦编码器电气参数示例
    3. 1.3 通过正弦/余弦编码器计算高分辨率位置的方法
      1. 1.3.1 理论方法
        1. 1.3.1.1 概述
        2. 1.3.1.2 粗略分辨率角度计算
        3. 1.3.1.3 精确分辨率角度计算
        4. 1.3.1.4 插值高分辨率角度计算
        5. 1.3.1.5 非理想同步条件下的实际实施情况
        6. 1.3.1.6 分辨率、精度和速度注意事项
    4. 1.4 正弦/余弦编码器参数对模拟电路规范的影响
      1. 1.4.1 相位插值的模拟信号链设计注意事项
      2. 1.4.2 增量计数的比较器功能系统设计
  8. 2 设计特性
    1. 2.1 正弦/余弦编码器接口
    2. 2.2 主机处理器接口
    3. 2.3 评估固件
    4. 2.4 电源管理
    5. 2.5 EMC 抗扰度
  9. 3 方框图
  10. 4 电路设计和元件选型
    1. 4.1 模拟信号链
      1. 4.1.1 带有 16 位双路采样 ADC 的高分辨率信号路径
        1. 4.1.1.1 元件选型
        2. 4.1.1.2 输入信号端接与保护
        3. 4.1.1.3 差分放大器 THS4531A 和 16 位 ADC ADS8354
      2. 4.1.2 面向嵌入式 ADC 的 MCU 的单端输出模拟信号路径
      3. 4.1.3 数字信号 A、B 和 R 的比较器子系统
        1. 4.1.3.1 具有迟滞功能的同相比较器
    2. 4.2 电源管理
      1. 4.2.1 24V 输入转换为 6V 中间电压轨
      2. 4.2.2 编码器电源
      3. 4.2.3 信号链电源 5V 和 3.3V
    3. 4.3 主机处理器接口
      1. 4.3.1 信号描述
      2. 4.3.2 采用具有串行输出的 16 位双路 ADC ADS8354 的高分辨率路径
        1. 4.3.2.1 ADS8354 输入满标量程输出数据格式
        2. 4.3.2.2 ADS8354 串行接口
        3. 4.3.2.3 ADS8354 转换数据读取
        4. 4.3.2.4 ADS8354 寄存器配置
    4. 4.4 编码器连接器
    5. 4.5 设计升级
  11. 5 软件设计
    1. 5.1 概述
    2. 5.2 C2000 Piccolo 固件
    3. 5.3 用户界面
  12. 6 入门
    1. 6.1 TIDA-00176 PCB 概览
    2. 6.2 连接器和跳线设置
      1. 6.2.1 连接器和跳线概述
      2. 6.2.2 默认跳线配置
    3. 6.3 设计评估
      1. 6.3.1 先决条件
      2. 6.3.2 硬件设置
      3. 6.3.3 软件设置
      4. 6.3.4 用户界面
  13. 7 测试结果
    1. 7.1 模拟性能测试
      1. 7.1.1 高分辨率信号路径
        1. 7.1.1.1 编码器连接器至 ADS8354 输入端的模拟路径波德图
        2. 7.1.1.2 整个高分辨率信号路径的性能曲线图 (DFT)
        3. 7.1.1.3 ADC 交流性能定义的背景信息
      2. 7.1.2 差分转单端模拟信号路径
      3. 7.1.3 带数字输出信号 ATTL、BTTL 和 RTTL 的比较器子系统
    2. 7.2 电源测试
      1. 7.2.1 24V DC/DC 输入电源
        1. 7.2.1.1 负载-线路调整
        2. 7.2.1.2 输出电压纹波
        3. 7.2.1.3 开关节点和开关频率
        4. 7.2.1.4 效率
        5. 7.2.1.5 波特图
        6. 7.2.1.6 热像图
      2. 7.2.2 编码器电源输出电压
      3. 7.2.3 5V 和 3.3V 负载点
    3. 7.3 系统性能
      1. 7.3.1 正弦/余弦编码器输出信号仿真
        1. 7.3.1.1 一个周期（增量相位）测试
        2. 7.3.1.2 最大速度时机械旋转一周的测试
    4. 7.4 正弦/余弦编码器系统测试
      1. 7.4.1 零索引标记 R
      2. 7.4.2 功能性系统测试
    5. 7.5 EMC 测试结果
      1. 7.5.1 测试设置
      2. 7.5.2 IEC-61000-4-2 ESD 测试结果
      3. 7.5.3 IEC-61000-4-4 EFT 测试结果
      4. 7.5.4 IEC-61000-4-5 浪涌测试结果
  14. 8 设计文件
    1. 8.1 原理图
    2. 8.2 物料清单
    3. 8.3 PCB 布局指南
      1. 8.3.1 PCB 层图
    4. 8.4 Altium 工程
    5. 8.5 Gerber 文件
    6. 8.6 软件文件
  15. 9 参考资料
  16. 10作者简介
    1.     致谢
  17. 11修订历史记录

7.4.2 功能性系统测试

以下静态角度测试采用 ROD480-1024 正弦/余弦编码器，电缆长度为 1m 和 71m。由于编码器测试台的机械精度不足，因此无法进行高于 0.003 度（10 角秒）的总精度测量。图 7-33 中显示了测试设置图片。

TIDA-00176 TIDA-00176 测试设置，采用 70m 电缆 (20m + 50m) 和 ROD4800-1024 正弦/余弦编码器图 7-33 TIDA-00176 测试设置，采用 70m 电缆 (20m + 50m) 和 ROD4800-1024 正弦/余弦编码器

图 7-34 和 图 7-35 相应地展示在电缆长度分别为 1m 和 70m 的情况下，针对静态角度，使用 ROD480-1024（线数为 1024）所测得的角度随时间变化的情况。转轴未固定。

请注意，由于从编码器拆除 1m 电缆而改为安装 70m 电缆时发生机械振动，1m 和 71m 测量的绝对角度略有变化。

TIDA-00176 系统测试，ROD480-1024 连接 1m 电缆时测量角度分布图 7-34 系统测试，ROD480-1024 连接 1m 电缆时测量角度分布
TIDA-00176 系统测试，ROD480-1024 连接 71m 电缆时测量角度分布图 7-35 系统测试，ROD480-1024 连接 71m 电缆时测量角度分布

使用 ROD480-1024 编码器测量得到的角度，其噪声分布为 ±0.0001 度（0.36 角秒）。由于 0Hz 时电缆衰减约为 –1.5dB，因此 1m 和 70m 测量之间没有显著差异。

为验证 TIDA-00176 设计与正弦/余弦编码器配合使用时的基本精度和重复性，将 ROD480-1024 正弦/余弦编码器与 EnDat 2.2 编码器 ROQ437 进行了机械耦合。ROD480-1024 通过 70m 电缆连接。图 7-37 中显示了测试设置图片。

图 7-36 所示为 TIDA-00176 连接 ROD480-1024 正弦/余弦编码器与连接 ROQ437 EnDat 2.2 绝对值编码器时的角度差异，其中绝对角度是通过 Sitara AM437x EnDat 2.2 Master 读取。绝对角度呈现余弦波形误差，造成该误差的原因是带有小幅偏转的两个转轴之间存在不理想的非中心耦合。

为了检查可重复性，我们多次旋转编码器并捕获相应的角度。

然而，正如所预期的那样，该机械装置的精度和准度不足以对整个系统的绝对精度得出结论。因此，在 节 7.3 中基于编码器仿真所进行的测试更能体现 TIDA-00176 参考设计的预期性能。

TIDA-00176 正弦/余弦编码器连接 70m 电缆时的基本系统精度测试图 7-36 正弦/余弦编码器连接 70m 电缆时的基本系统精度测试