Interpolator

Der 3-V-Interpolator iC-TW28 im QFN32-5×5 Gehäuse. iC-Haus

Ein einfacher Kopfdruck genügt zum Einstellen der erforderlichen Signalverstärkung und zur Korrektur von Signalfehlern, beispielsweise zur Konfektionierung von MR-Sensoren oder optischen Inkrementalgebern. Danach minimiert eine permanente Auto-Korrektur den Winkelfehler, so dass bei Interpolationsfaktoren von x1 bis x256 die RS422-Ausgangstreiber stets hochwertige Quadratursignale liefern – und das bei einer minimalen Durchlaufzeit von nur 1,5 µs. Optional sind zusätzliche UVW-Signale mit einstellbarer Pulszahl verfügbar zur Kommutierung von Motoren mit bis zu 32 Polpaaren.

Der Interpolator-Baustein iC-TW28 verfügt über ein dreikanaliges analoges Frontend mit differentiellen PGA-Eingängen, das typische Sinus-/Cosinus-Signale von Magnetsensoren mit 50 mV oder Gebern mit 1 Vss problemlos akzeptiert und sich dabei automatisch – auch im Indexkanal – auf die angebotenen Signale einstellt. Als Referenzmarken-Sensor können beispielsweise MR, GMR, TMR, lineare oder schaltende Hall-Sensoren angeschlossen werden.

Schnelle A/D-Wandler folgen dem Eingang bis 700 kHz, was sehr hohe Dreh- oder Lineargeschwindigkeiten für Positionsmessgeräte ermöglicht. Dabei sorgen die implementierten Algorithmen und Spezialfilter für eine konstante Latenzzeit von nur 1,5 µs, beziehungsweise von nur 600 ns mit optionaler Laufzeitkorrektur.

Ein Knopfdruck genügt

Um die hohe Wandlungsgenauigkeit des Bausteins nutzen zu können, bedarf es keiner Messmittel – ein Knopfdruck genügt! Der Baustein erlernt die erforderlichen Signalkorrekturen für Offset-, Amplituden- und Phasenfehler selbstständig und sichert diese im internen EEPROM. Sind diese Startwerte allein nicht ausreichend, zum Beispiel bei ständigen Änderungen der Amplitude oder einer Offsetdrift über Temperatur, können permanente Automatikkorrekturen angewählt werden.

Der mit 10 Bit aufgelöste Eingangswinkel steht über SPI als Absolutwert in Echtzeit mit einem minimalen Raster von nur 20 ns oder als inkrementelles Encoder-Quadratursignal in einer flexiblen Auflösung mit bis zu 256 Impulsen zur Verfügung. Die integrierten RS422-Treiber liefern bis zu 12 MHz; um die Zählbarkeit durch größere Flankenabstände garantieren zu können, ist der Maximalwert der Ausgangsfrequenz einstellbar.

Für Controller-Applikationen vereinfacht die integrierte SPI-Schnittstelle die Auswertung: Ein 24-Bit-Positionsregister liefert 14 Bit für die Periodenzahl und 10 Bit für den Winkelwert innerhalb der Sinusperiode. Ferner speichert ein zweites Register die Periodenzahl beim Eintreffen des Nullsignals, so dass auch abstandskodierte Marken linearer Systeme ausgewertet werden können.

Der Interpolator iC-TW28 bietet mehrere Möglichkeiten zur Konfiguration. Über Pins können voreingestellte Funktionen und Interpolationsfaktoren sowie die Kalibrierung auf Knopfdruck abgerufen werden – die Inbetriebnahme erfordert keine Programmierung.

Darüber hinaus ist der volle Funktionsumfang erreichbar, wenn die serielle SPI-Schnittstelle genutzt wird: ein A/B-Ausgangsteiler zur fraktionierten Interpolation, Filtereinstellungen zur Jitter-Reduzierung, sowie konfigurierbare Überwachungen für Fehler und Signalqualität.

Erfordert die Anwendung später noch eine Funktionsänderung oder eine neue Kalibrierung, nachdem die Anbauposition geändert wurde, so kann die ebenfalls integrierte Encoder-Link-Schnittstelle zur Kommunikation über das Kabelende aktiviert werden.

Typische Anwendungen des Interpolator-Bausteins sind:

  • magnetische Motorlagegeber,
  • optische Drehgeber mit höherer Auflösung durch Interpolation,
  • programmierbare magnetische/optische Inkremental-Drehgeber,
  • allgemeine Auswertung von Hall-Sensoren zur Winkelmessung,
  • allgemeine Auswertung von Sinus-/Cosinus-Signalen mit hoher Frequenz,
  • (zum Beispiel PC-Messkarten für die differentielle 1-V-Geberschnittstelle).

An einer einseitigen Versorgung von +3,1 V bis 3,6 V arbeitet der Baustein iC-TW28 im industriellen Betriebstemperaturbereich von -40 bis +125 °C. Als externe Beschaltung sind nur wenige Komponenten erforderlich, beispielsweise ein Spannungsregler und eine Schutzdiode gegen Verpolung.

iC-TW28 kommt im platzsparenden 32-poligen QFN-Gehäuse, das nur 5 mm x 5 mm auf der Platine benötigt. Zur Bemusterung steht ein anschlussfertiges Demo-Board, das später auch als Programmieradapter dienen kann, sowie ein PC-Bedienprogramm (GUI) zur Verfügung.