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

7.5.1 测试设置

该 TIDA-00176 TI 参考设计已经在德国 Strasskirchen 的 CSA Group Bayern 测试实验室进行过测试。图 7-37中所示为 TIDA-00176 设计的基本设置。

TIDA-00176 配有 Piccolo F2069M LaunchPad 的 TIDA-00176 的简化系统方框图图 7-37 配有 Piccolo F2069M LaunchPad 的 TIDA-00176 的简化系统方框图

为验证 EMC 测试期间及测试完成后插值角信号的完整性，在 EMC 测试过程中使用正弦/余弦编码器初始角位置（静止）作为参考，且编码器未旋转。

每隔 16kHz 频率测量一次插值角，测量结果与初始参考角位置进行比较。由于具有非常高的分辨率和模拟输入信号，角度误差分为六个范围，如表 7-9所示。每次在特定范围内出现误差时，相应误差计数器加 1。

表 7-9 TIDA-00176 高分辨率角度误差范围的定义
误差计数器角度误差范围（度）角度误差范围（角秒）注释
误差范围 1>1.0
误差范围 20.18 ≤ 误差 < 1.0
误差范围 30.1 ≤ 误差 < 0.18仍然没有增量线数误差
误差范围 40.01 ≤ 误差 < 0.1
误差范围 50.001 ≤ 误差 < 0.013.6 ≤ 误差 < 36
误差范围 60.0001 ≤ 误差 < 0.001< 3.6不考虑

根据编码器的线数选择误差范围。在此次测试中，采用线数为 2000 的正弦/余弦编码器 (HEIDENHAIN ROD480-2000)，其线数分辨率等于 0.18 度。

注意，误差范围6计数器对低于1/1000 度（3.6 角秒）的差值进行计数，该值处于 TI 参考设计标准角度测量分布范围内，因此在 EMC 测试过程中不作考虑。

使用的固件为随本设计提供的 TIDA-00176_SinCosEncoder_Example_Firmware_rev1_0.out。固件在 TMS320F28069M Piccolo MCU 上运行。

通过键入 "9999" 的线数，进入特定 EMC 测试接口模式，以初始化正弦/余弦编码器和参考角度位置，并以 200Hz 的频率启动数据转储。EMC 测试菜单将初始化固定线数 2000，并将不再退出此测试模式。这样做是为了确保程序流程固定，因为笔记本电脑上的 USB 端口（不是设计的一部分）对 EMC 非常敏感。

后续相应章节将提供 ESD、EFT 和浪涌特定测试的设置图。