一个到电机位置编码器的EMC兼容接口设计

BeardRen

在本系列中，到目前为止，我们已经讨论了针对电机位置编码器的不同数字接口选择，其中包括EnDat 2.2双向/串行/同步 (BiSS) 和HIPERFACE DSL。

这些是使用基于RS-485或RS-422的串行数字接口，与一个绝对位置编码器相连接的主要标准。更进一步的接口标准包括Profibus分散式外设 (DP) 和Profibus输入/输出 (I/O)，以及控制器局域网 (CAN) 或基于以太网的接口。还有专有的、驱动厂商专门指定的标准，诸如西门子公司的DRIVE-CLiQ、fanuc串行接口、三菱公司的高速串行接口，以及更多其它标准。在这个博客系列中，我们只涉及了EnDat、BiSS和HIPERFACE。在这篇博文中，我将总结所有这些标准，并且与读者分享一个EMC兼容设计，这个设计能够支持你在工业驱动应用中所使用的任何标准。
表1中的内容试图汇总所有这些编码器接口标准的技术规格，从物理层 (PHY) 和电源电压方面对这3个标准进行了比较（EnDat 2.2，HIPERFACE DSL和BiSS）。图1是最大时钟频率与电缆长度之间关系的概览。
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表1：EnDat 2.2、BiSS和HIPERFACE DSL接口

图1：最大时钟频率与电缆长度技术规格（0至100m）之间的关系

/ o& _2 o# t8 R7 w: c9 J; R表2中列出了针对RS-422/RS-485收发器的基本技术规格，以及那些适用于表1中提及的3个标准的电源的基本技术规格。表3显示了针对同样内容的电源技术规格。
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表2：收发器要求

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表3：编码器电源要求

$ |9 g+ _1 V8 |0 q0 K# L一款用于绝对位置编码器接口的解决方案
' y" c9 d3 T( E# V: @5 e1 ?到绝对位置编码器的通用数字接口参考设计 (tiDA-00179) 执行一个电磁兼容性 (EMC) 兼容的通用数字接口；这个接口与EnDat 2.2、BiSS或HIPERFACE DSL等绝对位置编码器相连接。
这个TI Designs参考设计的主要构造块为：

• 一个双向四线制RS-485接口和通过RS-485供电的两线制双向RS-485接口。
• 一个选择有源编码器接口的复用器或解复用器。
• 具有可编程输出电压和过压、过流以及短路保护功能的编码器电源。
• 一个与主机处理器相连，以运行相应的编码器标准协议的3.3V数字接口。
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这个运行相应编码器主控协议的主机处理器不属于这个设计。
7 r3 R& f- B" k/ v图2显示的是一个通用数字接口模块的经简化系统方框图。作为一个工业驱动的子系统，此模块与绝对位置编码器相连，浅绿色方框内是其参考设计。

图2：具有到绝对位置编码器的通用数字接口的工业驱动

0 y8 L/ e, h5 t8 h$ q7 o0 X' r这个设计由工业标准24V电源供电，并且特有一个15V至60V的宽输入电压范围。一个具有3.3V逻辑I/O信号的连接器可以实现到Sitara™ AM437x或C2000™ 微控制器单元 (mcu) 等主机处理器的直接对接，以运行相应的编码器主控协议。C2000 MCU提供DesignDRIVE开发平台，以及TIDM-SERVODRIVE；TIDM-SERVODRIVE可被调整为与一个主机端口接口和TIDA-00179相连接。这个设计使得主机处理器能够激活四线制RS-485物理接口，使之与一个EnDat 2.2或BiSS编码器相连，或者激活支持RS-485供电的两线制RS-485接口，使之与一个HIPERFACE DSL编码器相连。
( `  y: w* v  |8 U( e$ }为了满足所选择的编码器电源范围和技术规格的需要，这个受保护编码器电源特有一个5.25V或11V的可编程输出电压。我们选择了电压，连同电压纹波和输出电流，以确保与针对EnDat 2.2、BiSS和HIPERFACE DSL编码器标准等总体电源技术规格的兼容性。编码器电源还具有短路保护功能，而过压阀值用故障反馈与所选输出电压相匹配。
你可以通过一个Sub D-15连接器或一个10引脚排针，将绝对位置编码器与参考设计相连。此连接器具有专门用于连接两线制HIPERFACE DSL编码器的引脚，其中包括RS-485供电，以及针对EnDat 2.2和BiSS位置编码器的共用引脚。这个设计支持的电缆长度长达100m。要获得相关电缆技术规格，请参见相应的编码器厂商建议。
0 d4 y7 _  p8 |) d* P0 r此设计已经过抗静电放电 (ESD)、电气快速瞬变 (EFT)、浪涌和传导射频 (RF) 的EMC测试，测试等级符合IEC 61800-3中指定的等级。
TIDA-00179的运行需要一个硬件和一个软件层。主机控制通常由FPGA执行；这个设计使用AM437x主机处理器来运行所有这三个编码器协议。
与TIDA-00179硬件将针对EnDat 2.2 (TIDA-00172)、BiSS C (TIDA-00175) 和 HIPERFACE DSL (TIDA-00177) 组合在一起相类似，与AM437x一起提供的全新软件将与它们相关的3款软件组合在一起-- TIDEP0050 (EnDat 2.2)、TIDEP0022 (BiSS C) 和TIDEP0035 (Hiperface DSL)，以实现与符合本博文中所讨论的3个主要标准中的任何一个标准的编码器相对接。
; g7 r$ k6 r1 B# E4 b( {! p5 aTI Sitara AM437x使用并联的工业以太网提供针对单芯片驱动和模块化架构的集成解决方案。它为现有的FPGA IP内核提供一个寄存器兼容实现方式。可实现与驱动应用的内部和外部同步，而主机CPU无需运行其中任何一个主控协议。
如需获得更多信息，以及观看现场演示，敬请于11月24日至26日访问TI在本次纽伦堡SPS贸易展会上的展位。这个演示将为你展示与不同位置编码器协议的实时检测和连接。

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图3：SPS上的多协议位置编码器演示

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TI Sitara AM437x使用并联的工业以太网提供针对单芯片驱动和模块化架构的集成解决方案