Sensoren

Sinus/Cosinus-zu-Digitalwandlung für genaue Positionserfassung

Seite: 2/3

Firmen zum Thema

Flash-Wandler und Vektor-Nachläufer punkten durch Echtzeit; die geringe Latenzzeit von weniger als 250 ns ist hauptsächlich durch analoge Laufzeiten bedingt.

Bei den abtastenden Wandlern ist die erforderliche analoge Einschwingzeit auf den Messwert maßgebend, was die mögliche Abtastrate begrenzt. Während iC-MR in 2 µs die Winkelposition mit 13 Bit auflöst, benötigt der kontinuierlich arbeitende iC-TW8 insgesamt sechs Abtastungen und 24 µs, um seinen Positionswert zu erneuern.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Ist die Geschwindigkeit aber konstant, kann iC-TW8 die vorhandene Latenzzeit über einen einstellbaren Digitalfilter deutlich reduzieren (auf etwa 4 µs). Wie bei einer Resolver-Auswertung ebenfalls üblich, holt die Ausgabeposition den realen Eingangswinkel wieder auf; hier jedoch in wesentlich kürzerer Zeit.

Das A und O der bestmöglichen Signalkonditionierung

Für ein gutes Interpolationsergebnis müssen die Sensorsignale konditioniert werden. Einige Lösungen setzen dabei auf ein analoges Frontend (AFE) zur Signalkonditionierung, das über mehrere DACs eingestellt wird. Im Gegensatz dazu setzt der klassische, kontinuierliche abtastende S/D-Wandler auf eine selbst-einstellende digitale Signalkorrektur.

Im AFE bieten präzise Instrumenten-Verstärker eine Grobverstärkung zur Signalanpassung und balancieren Signalunterschiede über Fein-Einsteller. Hinzu kommt eine Offset-Korrektur über D/A-Wandler, die ihre Korrektur signalabhängig in das AFE einbringen.

Das Frontend kann sogar den Gleichanteil im Signal (von Fotosensoren) oder die Sensorversorgung (von MR-Brücken) messen und als Referenz heranziehen.

Zusätzlich sorgt ein Stromregler für stabile Verhältnisse, indem beispielsweise die LED optischer Systeme oder die MR-Brücke nachgestellt wird. Der große Vorteil hierbei ist: bei Raumtemperatur eingestellt bleibt die Kalibriergenauigkeit auch bei Temperaturänderungen erhalten. Wesentliche Merkmale:

  • Integrierte I/U-Wandlung und Spannungsteiler,
  • Offset-korrigierte Verstärker,
  • Getrennt einstellbare Grob- und Fein-Verstärkung,
  • Sensor Drift-Kompensation über nachgeführte Offset-Referenzen,
  • Signal-Stabilisierung durch geregelte Sensor-Versorgung (auf Summenwert oder Lissajous-Figur).

So funktioniert die digitale Signalkorrektur

Der 16-Bit-Sin/Cos-Interpolator-Baustein iC-TW8 besitzt im Analogpfad nur noch Grob-Einsteller für Verstärkung und Offset, um die Eingangssignale in einen für die A/D-Wandler günstigen Bereich zu bringen (siehe Bild). Danach erfolgen rein digitale, berechnete Signalkorrekturen. Ein ausgefeiltes Drift-Monitoring bewertet Abweichungen von der Fabrik-Kalibrierung und kann für Alarme konfiguriert werden. Die Winkelposition wird über einen CORDIC-Algorithmus errechnet.

Die realisierten Merkmale sind eine flexible Grobverstärkung (von 6 bis 45 dB, mit 3 dB/Schritt), eine einstellbare analoge Offset-Korrektur (100 mV/Schritt), eine digitale Offset- und Offsetdrift-Korrektur (244 µV/Schritt), ein in 0,02%-Schritten digitaler einstellbarer Verstärkungsausgleich sowie eine digitale Phasenkorrektur mit nur 0,056°/Schritt.

(ID:42530334)