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灵敏的传感器旌旗灯号调度和安全传输

单芯片传感器旌旗灯号调度器集成附加功用供给灵敏的旌旗灯号调度

专业的传感器记载林林总总物理参数提供给人大概机械用来更好的决议计划和优化处置。为了到达希冀的成果,传感器的旌旗灯号质量和功用安全是一样主要的。另外,转换这些被丈量的参数须要时该当尽量的准确和包罗易于集成的电子输出级。

设计者面临的一个应战是便宜的放大这些小旌旗灯号,这些旌旗灯号凡是具有非线性以及参数受温度影响。利用上面的这些办法来调度它们,使得在卑劣的产业情况下经由过程长电缆可以包管安全传输。

 

设计者也需求决议假如要传输旌旗灯号,传输的旌旗灯号是数字的仍是模仿的。本文概述了针对这个问题的能够办法,形貌了一个通用的构造、集成的、可编程的旌旗灯号调度器用于线性和扭转编码器、AMR传感器和光学传感器的旌旗灯号预处理,来满意产业使用的要求。

旌旗灯号的质量和毛病庇护是决定性的

为到达最好的顺应和评价各类传感器元件,比方,用来丈量温度、压力/压强、加速度、位置或光强度,需求一个仪表放大器来供给一个须要的放大。仪表放大器是一个差分器件,两个输入一样放大;它要求必需包罗灵敏的、可调理的和具有一个高阻抗输入来处置这些十分微小的传感器旌旗灯号。它也必需具有抵偿才能来抵偿因为消费惹起的制造偏向。在旌旗灯号调度级,该当考虑到由温度或温度漂移以及保守、抑止惹起的非线性影响,还要制止噪声或在传感器感到的滋扰。传感器桥阵列(典范的是惠斯通电桥)特别合适抑止共模滋扰以及即便细微的电压改动也可以供给一个充足的旌旗灯号质量。当需求在旌旗灯号通道定位能够的旌旗灯号毛病源时,思索上面的这些可能性:

 1、查抄线路断路大概短路

 2、在传感器上大概在旌旗灯号传输时期感到的滋扰

 3、电源供电中止大概接地不良

 4、超越最大工作温度范畴

一个个冗余的旌旗灯号途径模式已被证实在高要求的毛病庇护状况下是明智的,但传感器旌旗灯号电缆的本钱将会更加。一个好的折衷是以传感器旌旗灯号的差别作为条件来简朴的检测信号线毛病,以及分离这个利用一个集成的温度探测器和一个电压探测器和传感器监控功用来供给各类诊断功用,包罗辨认传感器焊接和线缆生效以及温度监控。关于传输传感器旌旗灯号,一个供替换的挑选是在旌旗灯号调度以后立刻数字化这些值,然后利用安全的数字和谈传输它们。为了到达较高的丈量分辨率,每一个传感器需求一个ADC,而这将涉及到更高的利用庞大的现场总线和谈的本钱。

 

简朴的电压旌旗灯号(比方,0-10V)大概电流旌旗灯号(比方,4-20mA)接口是相称通用的但不供给尺度监控。体系设计者因而挑选差分传输模仿丈量值,差分传输使得传感器旌旗灯号在驱动器方面逻辑是有用的以及即便利用长的毗连电缆共模滋扰也会获得抑止。接纳这些倡议,iC-Haus构想了iC-TW3,一个差分的,三通道可编程旌旗灯号调度器,装备100-120Ω闭环差分线驱动器。

 

一个通用的旌旗灯号调度器

图1所示的是iC-TW3通用旌旗灯号调度器的差分旌旗灯号通路。此器件由一个可编程输入放大器、一个偏置抵偿级、一个动态滤波器和一个差分输出放大器构成。输入偏置、增益和低通滤波器频次可在此旌旗灯号通路中设置。在所有三级放大笼盖的-6到57dB范畴可由距离0.08dB停止设置。一个统共±1240mV的偏置电压可由多个40mV设置给前端放大器。一个统共±2.54mV的偏置抵偿值能够2mV为单元由下流的动态滤波器放大器设置。输出放大器也包罗差分线驱动器和鞭策已调解的旌旗灯号,以便利用一个低阻线终端(比方,120Ω)也能够用来间接传输1Vpp的旌旗灯号。

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图1:传感器旌旗灯号调度通路

此放大器输入也能够事情在单端模式。假如有如许的需求,则放大器负的输入端要毗连到VDD/2。作为一个附加的挑选,毗连到传感器器件的线缆断开能够由切换到内部的2MΩ上拉电阻来监控。发作此毛病变乱,旌旗灯号调度器iC-TW3由NERR输出一个低电平标记发生了一个传感器断开变乱。

 

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  温度毛病凡是在传感器部门没有抵偿,但会在中心计算机、微控制器、PLC大概驱动器抵偿。温度间接由传感器丈量而且作为一附加参数被传输。作为一种挑选,温度能够在传感器部门丈量,用来限定监控和施行当地抵偿。前面的这种方法基于两个温度丈量点的线性插补细分。为此,iC-TW3许可一个总计16个自由选择的插补细分点在0-255的范畴,包罗最低值0和最高值255。利用集成的温度传感器,这相当于-50℃到150℃的范畴。但是,两点间隔之间的温度传感器曲线能够自在地挑选以及能够被调理到合适任何范例的曲线。这些插补细分点存储在一个查找内外,iC-TW3主动地差补细分通道A和通道B的增益和偏置与通道Z的偏置一样好。一个总计五个8位的值给能够的16个插补细分点,存储在I2C毗连的EEPROM表格里。这个例子如图2所示,七个界说好的差补细分点用于温度抵偿来改正所毗连的传感器的偏置和增益的非线性。

图2:插补细分温度抵偿增益和偏置

一个内部温度传感器也能够被毗连到iC-TW3,此传感器该当从物理上离隔电子和其他环境温度的影响。一个在-50℃和150℃之间的8位的值被用来界说一个可选择的门限温度触发警报。这个警报由iC-TW3的ERR管脚输出一个低电平,此也能够被用来驱动一个通用毛病LED唆使。

 

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  iC-TW3由一个双向的脉宽调制1-线接口来读/写会见所有的寄存器,好像毗连的参数存储器件(一个尺度的I2C EEPROM)。在实践使用中能够经由过程一个微控制器的端口间接掌握。此毗连也能够设置成一个光学的只-写毗连,假如是密封的传感器抵偿,需求“无线”设置。比方,经由过程一个光传输窗口完成。可供给一个适配器用来开辟和设想利用,它能够毗连到一般计算机大概笔记本电脑的USB接口。图3形貌了iC-TW3的图形用户界面用于调度旌旗灯号通路A和B。在开辟时期,这许可用户肯定所有的前置放大器的增益和偏置、滤波器和输出放大器的参数。事情模式设置(差分大概单端)和传感器毛病监控也能够利用这个东西来编程设置。假如设置被挑选,所有新的设置经由过程软件立刻写入iC-TW3毗连的EEPROM。当前iC-TW3的丈量温度、EEPROM校验和报警、超平和传感器毛病也形象的显现出来。每一个旌旗灯号增益途径能够设置为省电模式来节流功耗。

 

第三个通道Z旌旗灯号通路的设置是类似的。这能够用来扫描增量编码器的参考轨道,用于角度和运动丈量大概作为一个可调理的比力器撑持增益和偏置正告设置。主动偏置抵偿周期旌旗灯号,比方那些正弦/余弦扫描和最大顺应频次以及目的幅度(内部1/2VPP或一个预设的内部值),利用Misc菜单挑选所有的传感器旌旗灯号通道。这也能够用来切换温度抵偿的开关和设置最高温度限定。插补细分点和温度抵偿特性曲线特性(多达16个查找表)经由过程一个集成编辑器编纂(经由过程菜单Extras会见)。

图3:经由过程USB接口调度旌旗灯号用于开辟和消费

传感器桥使用

  图4是一个运动传感器电路图,经由过程磁大概光传感器桥扫描两个差分轨道,然后调度这些周期的正弦/余弦旌旗灯号,放大到1Vpp以及经由过程毗连电缆差分传输他们给一个120Ω的线路终端。视状况,一个索引传感器旌旗灯号能够经iC-TW3的第三个通道调解处置和传输。这种方法的优越性是差分的正弦/余弦传输实际上不受接口影响,以至于它的逻辑可考证性,确保使用电路的功用安全。在接收器部门调度过的传感器旌旗灯号也能够利用一个十分高的分辨率数字化,使得线缆短路和断路在接收器部门能简单的被辨认。

图4:运动传感器带正弦/余弦旌旗灯号调度和差分模仿传输

上电后,iC-TW3从EEPROM提取事情模式和校准数据添补到它的内部RAM。照旧能够经由过程1-线接口会见它,许可从头抵偿大概改动事情模式。然后,这些变动可由iC-TW3写入EEPROM。假如iC-TW3检测到一个毛病(比方超温、EEPROM校验毛病大概传感器器件连接线断开),NERR输出被激活。这个报警然后可由一个数字输出驱动器经由过程长的线路大概电缆传输。

 

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  而图4所示的体系撑持安全的差分线在120Ω的负载线驱动,图5所示的体系撑持100Ω线驱动。图5所示的是磁增量编码器的例子,磁传感器桥大概光旌旗灯号被iC-MSB用iC-TW3类似的办法放大和调度。在线缆带100Ω的终端电阻,iC-SMB供给一个摆率为1Vpp值而且撑持短路庇护和容错。iC-SMB电路经由过程了生效模式与影响阐发(FMEA),因而合适在安全使用中利用,比方西门子数控产物体系。

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图5:磁编码器带模仿旌旗灯号传输适用于关键性安全使用

由上所述,传感器旌旗灯号调度该当包罗灵敏的旌旗灯号调度设置、局部的旌旗灯号传输途径、包罗旌旗灯号调度和模仿线驱动器。这些会协助减小体系本钱和满意功用安全需求。片上温度传感和主动偏置抵偿供给了新的办法去提高系统性能和削减控制系统的工作量。

  

上传工夫:2013-07-16
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