EMC兼容設計中電機位置編碼器接口的選擇

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

這些是使用基于RS-485或RS-422的串行數字接口，與一個絕對位置編碼器相連接的主要標準。更進一步的接口標準包括Profibus分散式外設 (DP) 和Profibus輸入/輸出 (I/O)，以及控制器局域網 (CAN) 或基于以太網的接口。還有專有的、驅動廠商專門指定的標準，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，以及更多其它標準。在這個博客系列中，我們只涉及了EnDat、BiSS和HIPERFACE。在這篇博文中，我將總結所有這些標準，并且與讀者分享一個EMC兼容設計，這個設計能夠支持你在工業驅動應用中所使用的任何標準。
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表1中的內容試圖匯總所有這些編碼器接口標準的技術規格，從物理層 (PHY) 和電源電壓方面對這3個標準進行了比較（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規格（0至100m）之間的關系

表2中列出了針對RS-422/RS-485收發器的基本技術規格，以及那些適用于表1中提及的3個標準的電源的基本技術規格。表3顯示了針對同樣內容的電源技術規格。

表2：收發器要求

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字接口參考設計 (TIDA-00179)?執行一個電磁兼容性 (EMC) 兼容的通用數字接口；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參考設計的主要構造塊為：

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用器或解復用器。

具有可編程輸出電壓和過壓、過流以及短路保護功能的編碼器電源。

一個與主機處理器相連，以運行相應的編碼器標準協議的3.3V數字接口。

這個運行相應編碼器主控協議的主機處理器不屬于這個設計。

圖2顯示的是一個通用數字接口模塊的經簡化系統方框圖。作為一個工業驅動的子系統，此模塊與絕對位置編碼器相連，淺綠色方框內是其參考設計。

圖2：具有到絕對位置編碼器的通用數字接口的工業驅動

這個設計由工業標準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，以運行相應的編碼器主控協議。C2000 MCU提供DesignDRIVE開發平臺，以及TIDM-SERVODRIVE；TIDM-SERVODRIVE可被調整為與一個主機端口接口和TIDA-00179相連接。這個設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規格的需要，這個受保護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編碼器標準等總體電源技術規格的兼容性。編碼器電源還具有短路保護功能，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。這個設計支持的電纜長度長達100m。要獲得相關電纜技術規格，請參見相應的編碼器廠商建議。

此設計已經過抗靜電放電 (ESD)、電氣快速瞬變 (EFT)、浪涌和傳導射頻 (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執行；這個設計使用AM437x主機處理器來運行所有這三個編碼器協議。

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的3款軟件組合在一起-- TIDEP0050 (EnDat 2.2)、TIDEP0022 (BiSS C) 和TIDEP0035 (Hiperface DSL)，以實現與符合本博文中所討論的3個主要標準中的任何一個標準的編碼器相對接。

TI Sitara AM437x使用并聯的工業以太網提供針對單芯片驅動和模塊化架構的集成解決方案。它為現有的FPGA IP內核提供一個寄存器兼容實現方式。可實現與驅動應用的內部和外部同步，而主機CPU無需運行其中任何一個主控協議。