Cómo: un codificador rotatorio sin contacto: 3 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Esta nota de aplicación describe cómo diseñar un conmutador giratorio o codificador de alta confiabilidad utilizando un Dialog GreenPAK ™. Este diseño de interruptor no tiene contacto y, por lo tanto, ignora la oxidación y el desgaste de los contactos. Es ideal para uso en exteriores donde hay humedad a largo plazo, polvo, temperaturas extremas, etc. Diálogo GreenPAK SLG46537: El GreenPAK CMIC proporciona todas las funciones de circuito para este diseño. Genera una señal (EVAL) para mejorar la señal a ruido, recibe entradas de cada panel de sector del interruptor giratorio e interpreta cada panel de sector utilizando la máquina de estado asíncrono (ASM) para garantizar solo una selección de interruptor.

A continuación, describimos los pasos necesarios para comprender cómo se ha programado la solución para crear un codificador rotatorio sin contacto. Sin embargo, si solo desea obtener el resultado de la programación, descargue el software GreenPAK para ver el archivo de diseño GreenPAK ya completado. Conecte el kit de desarrollo GreenPAK a su computadora y presione el programa para crear el convertidor de 8 canales PWM a modulación de posición de pulso.

Paso 1: Concepto de diseño

Este diseño funciona por tiempo. Genera una señal de reloj (EVAL) para levantar lentamente cada almohadilla de sector a través de resistencias externas de 100 kohmios (Figura 1). La señal EVAL está acoplada capacitivamente al "limpiador" central que impulsa el borde ascendente del panel de sector seleccionado más rápido que todos los demás (rápido en la Figura 1). La máquina de estado asíncrono de GreenPAK (ASM) luego evalúa qué flanco ascendente llegó primero y el resultado se bloquea. La ventaja del diseño de acoplamiento capacitivo es la confiabilidad. Ya sea que el codificador sea capacitivo y luego se gaste a la conexión directa, o que se construya una conexión directa y luego se degrade (se oxide) a capacitivo, todavía funciona. El esquema de nivel superior en la Figura 1 muestra las salidas conectadas a LED externos para demostración.

La Figura 2 es una captura de osciloscopio que muestra la diferencia en el tiempo de subida de una almohadilla de sector que tiene el limpiador selector alineado con ella, frente a la duración de subida de las otras almohadillas no seleccionadas. El delta T es 248 nS, que es un margen más que suficiente para que se resuelva la máquina de estado asíncrono (ASM) de GreenPAK.

El ASM puede resolverse en menos de un nanosegundo y su circuito de arbitraje interno garantiza que solo un estado es válido. Por lo tanto, solo se registrará una salida en cualquier momento.

Paso 2: Implementación del diseño GreenPAK

El esquema programado en GreenPAK CMIC se muestra en la Figura 3.

Para ahorrar energía, la señal EVAL se genera a una velocidad adecuada para el tiempo de respuesta de la aplicación. El oscilador de baja frecuencia se usa y luego se divide con CNT2. En este ejemplo, es de aproximadamente 16 Hz. Consulte los ajustes de configuración en la Figura 4.

La ilustración de las posibles transiciones de estado se muestra en el diagrama de estado de ASM (Figura 5).

Se utiliza una copia ligeramente retrasada de EVAL como reinicio de ASM con cada ciclo. Esto asegura que siempre partamos de STATE0. Después de la condición de reinicio del ASM, el ASM supervisa la señal EVAL en cada uno de los pads. Solo el flanco ascendente más temprano provocará la transición de estado fuera de STATE0. Cualquier flanco ascendente posterior de otros pads se ignorará ya que solo es posible una transición de estado. Esto también se debe a la forma en que configuramos el ASM como se muestra en la Figura 6. Cada uno de los 6 estados de salida del ASM corresponde solo a uno de los pads de sector. Los pestillos DFF mantienen estable el resultado de ASM para que no haya conmutación de la salida final durante el reinicio de ASM. La polaridad deseada para activar nuestros pines de salida NMOS de drenaje abierto requiere que configuremos los DFF con salidas invertidas.

Paso 3: Resultados de la prueba

Las fotos a continuación muestran un prototipo tosco, en pleno funcionamiento. También es de baja potencia, midiendo solo 5 uA para el GreenPAK. El diseño de las almohadillas y el limpiaparabrisas se maximiza para obtener la señal más fuerte. Se descubrió que el prototipo era inmune a fuertes interferencias de RF, como grandes bombillas fluorescentes y radio de 5 W a 145 MHz. Es probable que esto se deba a que todos los pads reciben la interferencia en modo común.

Es posible establecer las dimensiones de las almohadillas y del limpiaparabrisas para que no haya superposición de 2 almohadillas al mismo tiempo con el limpiaparabrisas en ninguna posición. Esto puede no ser realmente necesario ya que los circuitos de arbitraje de ASM permitirán que solo uno de los estados sea válido, incluso en el caso de 2 flancos ascendentes simultáneos. Esa es otra razón por la que este diseño es robusto. Se logra una buena sensibilidad con el diseño de la placa que tiene trazas de interconexión a las almohadillas muy estrechas y de igual longitud entre sí, por lo que la capacitancia total de cada almohadilla de sector coincide con las demás. Un producto final podría incluir retenes mecánicos para el limpiaparabrisas para que "haga clic" cuando se centre en cada una de las posiciones, y también proporcione una agradable sensación táctil.

ConclusionDialog's GreenPAK CMIC ofrece una solución completa, robusta y de bajo consumo para este interruptor giratorio de alta confiabilidad. Es ideal para aplicaciones como temporizadores y controles para exteriores que requieren un funcionamiento estable a largo plazo.