EMC兼容設(shè)計中電機位置編碼器接口的選擇

在本系列中，到目前為止，我們已經(jīng)討論了針對電機位置編碼器的不同數(shù)字接口選擇，其中包括EnDat 2.2雙向/串行/同步 (BiSS) 和HIPERFACE DSL。

這些是使用基于RS-485或RS-422的串行數(shù)字接口，與一個絕對位置編碼器相連接的主要標(biāo)準(zhǔn)。更進(jìn)一步的接口標(biāo)準(zhǔn)包括Profibus分散式外設(shè) (DP) 和Profibus輸入/輸出 (I/O)，以及控制器局域網(wǎng) (CAN) 或基于以太網(wǎng)的接口。還有專有的、驅(qū)動廠商專門指定的標(biāo)準(zhǔn)，諸如西門子公司的DRIVE-CLiQ、Fanuc串行接口、三菱公司的高速串行接口，以及更多其它標(biāo)準(zhǔn)。在這個博客系列中，我們只涉及了EnDat、BiSS和HIPERFACE。在這篇博文中，我將總結(jié)所有這些標(biāo)準(zhǔn)，并且與讀者分享一個EMC兼容設(shè)計，這個設(shè)計能夠支持你在工業(yè)驅(qū)動應(yīng)用中所使用的任何標(biāo)準(zhǔn)。
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表1中的內(nèi)容試圖匯總所有這些編碼器接口標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)格，從物理層 (PHY) 和電源電壓方面對這3個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較（EnDat 2.2，HIPERFACE DSL和BiSS）。圖1是最大時鐘頻率與電纜長度之間關(guān)系的概覽。

表1：EnDat 2.2、BiSS和HIPERFACE DSL接口

圖1：最大時鐘頻率與電纜長度技術(shù)規(guī)格（0至100m）之間的關(guān)系

表2中列出了針對RS-422/RS-485收發(fā)器的基本技術(shù)規(guī)格，以及那些適用于表1中提及的3個標(biāo)準(zhǔn)的電源的基本技術(shù)規(guī)格。表3顯示了針對同樣內(nèi)容的電源技術(shù)規(guī)格。

表2：收發(fā)器要求

表3：編碼器電源要求

一款用于絕對位置編碼器接口的解決方案

到絕對位置編碼器的通用數(shù)字接口參考設(shè)計 (TIDA-00179)?執(zhí)行一個電磁兼容性 (EMC) 兼容的通用數(shù)字接口；這個接口與EnDat 2.2、BiSS或HIPERFACE DSL等絕對位置編碼器相連接。

這個TI Designs參考設(shè)計的主要構(gòu)造塊為：

一個雙向四線制RS-485接口和通過RS-485供電的兩線制雙向RS-485接口。

一個選擇有源編碼器接口的復(fù)用器或解復(fù)用器。

具有可編程輸出電壓和過壓、過流以及短路保護(hù)功能的編碼器電源。

一個與主機處理器相連，以運行相應(yīng)的編碼器標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的3.3V數(shù)字接口。

這個運行相應(yīng)編碼器主控協(xié)議的主機處理器不屬于這個設(shè)計。

圖2顯示的是一個通用數(shù)字接口模塊的經(jīng)簡化系統(tǒng)方框圖。作為一個工業(yè)驅(qū)動的子系統(tǒng)，此模塊與絕對位置編碼器相連，淺綠色方框內(nèi)是其參考設(shè)計。

圖2：具有到絕對位置編碼器的通用數(shù)字接口的工業(yè)驅(qū)動

這個設(shè)計由工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)24V電源供電，并且特有一個15V至60V的寬輸入電壓范圍。一個具有3.3V邏輯I/O信號的連接器可以實現(xiàn)到Sitara? AM437x或C2000? 微控制器單元 (MCU) 等主機處理器的直接對接，以運行相應(yīng)的編碼器主控協(xié)議。C2000 MCU提供DesignDRIVE開發(fā)平臺，以及TIDM-SERVODRIVE；TIDM-SERVODRIVE可被調(diào)整為與一個主機端口接口和TIDA-00179相連接。這個設(shè)計使得主機處理器能夠激活四線制RS-485物理接口，使之與一個EnDat 2.2或BiSS編碼器相連，或者激活支持RS-485供電的兩線制RS-485接口，使之與一個HIPERFACE DSL編碼器相連。

為了滿足所選擇的編碼器電源范圍和技術(shù)規(guī)格的需要，這個受保護(hù)編碼器電源特有一個5.25V或11V的可編程輸出電壓。我們選擇了電壓，連同電壓紋波和輸出電流，以確保與針對EnDat 2.2、BiSS和HIPERFACE DSL編碼器標(biāo)準(zhǔn)等總體電源技術(shù)規(guī)格的兼容性。編碼器電源還具有短路保護(hù)功能，而過壓閥值用故障反饋與所選輸出電壓相匹配。

你可以通過一個Sub D-15連接器或一個10引腳排針，將絕對位置編碼器與參考設(shè)計相連。此連接器具有專門用于連接兩線制HIPERFACE DSL編碼器的引腳，其中包括RS-485供電，以及針對EnDat 2.2和BiSS位置編碼器的共用引腳。這個設(shè)計支持的電纜長度長達(dá)100m。要獲得相關(guān)電纜技術(shù)規(guī)格，請參見相應(yīng)的編碼器廠商建議。

此設(shè)計已經(jīng)過抗靜電放電 (ESD)、電氣快速瞬變 (EFT)、浪涌和傳導(dǎo)射頻 (RF) 的EMC測試，測試等級符合IEC 61800-3中指定的等級。

TIDA-00179的運行需要一個硬件和一個軟件層。主機控制通常由FPGA執(zhí)行；這個設(shè)計使用AM437x主機處理器來運行所有這三個編碼器協(xié)議。

與TIDA-00179硬件將針對EnDat 2.2 (TIDA-00172)、BiSS C (TIDA-00175) 和 HIPERFACE DSL (TIDA-00177) 組合在一起相類似，與AM437x一起提供的全新軟件將與它們相關(guān)的3款軟件組合在一起-- TIDEP0050 (EnDat 2.2)、TIDEP0022 (BiSS C) 和TIDEP0035 (Hiperface DSL)，以實現(xiàn)與符合本博文中所討論的3個主要標(biāo)準(zhǔn)中的任何一個標(biāo)準(zhǔn)的編碼器相對接。

TI Sitara AM437x使用并聯(lián)的工業(yè)以太網(wǎng)提供針對單芯片驅(qū)動和模塊化架構(gòu)的集成解決方案。它為現(xiàn)有的FPGA IP內(nèi)核提供一個寄存器兼容實現(xiàn)方式?？蓪崿F(xiàn)與驅(qū)動應(yīng)用的內(nèi)部和外部同步，而主機CPU無需運行其中任何一個主控協(xié)議。

圖3：SPS上的多協(xié)議位置編碼器演示

這篇博文總結(jié)了與電機位置編碼器的EMC兼容接口設(shè)計相關(guān)的博文系列。

其它資源

查看這個針對通用數(shù)字接口的TI Designs參考設(shè)計。

查看針對EnDat、BiSS和HIPERFACE的，基于Sitara處理器的參考設(shè)計。

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