Создание магнитных датчиков углового положения на основе отечественной специализированной БИС преобразователя фаза квадратурного сигнала - код положения К1382НХ045 1 Г.В. Прокофьев, В.Г. Стахин, к.т.н., А.А. Обеднин, Н.А. Дюжев, к.ф.м.н., А.С. Юров, Н.С. Мазуркин

2 ПРОБЛЕМА Различные датчики углового положения являются обязательным компонентом в автоэлектронике, промышленной автоматике, робототехнике, продукции ВПК. Широкое распространение получили датчики на магнитном эффекте, используя в качестве чувствительных элементов магниторезисторы или элементы Холла и обрабатывая их сигнал на микросхемах общего назначения или микроконтроллерах. Для снижения себестоимости изделий и их массогабаритных характеристик актуальным является использование специализированных микросхем обработки сигналов для таких датчиков. В связи с этим ЗАО «ЗНТЦ» была разработана специализированная микросхема преобразователя фазы квадратурного сигнала в код положения К1382НХ045. Разработанная микросхема позволяет создавать компактные магнитные датчики углового положения.

3 Описание БИС К1382НХ045 Работает с чувствительными элементами, преобразующими сигнал о положении в синусно-косинусный сигнал (AMR-сенсоры KMZ41, МРС-20, дискретные магниторезисторы и элементы Холла с ортогональным расположением). Требует минимума внешних компонент (один конденсатор) Встроенный программируемый усилитель – подстройка смещения и усиления Разрешение 12 (13) бит Скорость преобразования 300 (16) мкс Цифровой аппаратный модуль вычисления кода положения Подстройка нулевого положения, крутизны преобразования, ограничительных уровней, направления вращения Сохранение настроек в EEPROM Выходы – аналоговый линейный, SPI, OWI (однопроводной) Идентификатор кристалла 32 бит

4 Структурная схема БИС К1382НХ045

5 Передаточная характеристика БИС К1382НХ045

Сравнение с конкурентом ХарактеристикиК1382НХ045 в.1 (в.2) ZMD U2730 (KMA199) Разрешение 12 (13)13 Время преобразования 240 (16) мкс 320 мкс Аналоговый выход Есть Интерфейс SPIЕсть Нет Однопроводной интерфейс ЕстьТолько для настройки Подстройка нулевого положения Есть Подстройка крутизны преобразования Есть Подстройка ограничивающих пороговых уровней Есть

7 Применение БИС К1382НХ045: Датчик положения дроссельной заслонки Напряжение питания 5 В Ток потребления не более 12 мА Конструктив – стандартный для автомобилей ВАЗ Выход – линейный аналоговый Диапазон измеряемого угла град Угол наклона кривой Нелинейность не более ±2% Настройка датчика – по однопроводному интерфейсу, совмещенному с аналоговым выходом Требования к датчику

8 Применение БИС К1382НХ045: Датчик положения дроссельной заслонки K1382HX045 Сенсор – квадратурный AMR-магниторезистор МРС-20 (аналог KMZ41)

9 Применение БИС К1382НХ045: Датчик положения дроссельной заслонки Характеристики датчика дроссельной заслонки

10 Применение БИС К1382НХ045: Энкодер углового положения абсолютный Напряжение питания 10±10% В Ток потребления не более 30 мА Диаметр 45 мм, длина 50 мм, вал 8 мм Диапазон измеряемого угла 360 град Интерфейс - SPI Ошибка преобразования не более ±1 град Требования к датчику

11 Применение БИС К1382НХ045: Энкодер углового положения абсолютный

12 Применение БИС К1382НХ045: Энкодер углового положения абсолютный График ошибки преобразования на полный оборот энкодера

13 Заключение Разработанная БИС К1382НХ045 обладает конкурентоспособными характеристиками по сравнению с зарубежными разработками. БИС К1382НХ045 работает с различными чувствительными элементами такими как квадратурные магниторезисторы и дискретные элементы Холла. БИС К1382НХ045 позволяет создавать датчики положения с конкурентоспособными характеристиками на полностью отечественной элементной базе. Образцы микросхемы вместе со средствами отладки предоставляются бесплатно для исследований возможности применения.

Области применения: Промышленные датчики: абсолютные энкодеры углового положения, однооборотные и многооборотные. Электропривод: датчик обратной связи в системах управления бесколлекторными двигателями. Автоэлектроника: датчики положения подвижных механизмов. Робототехника: датчики положения подвижных узлов. Авионика и военная техника: датчики положения подвижных узлов. Электроника: компактные цифровые бесконтактные потенциометры на магнитном эффекте 14 ENC_ASIC2 - БИС однокристального многооборотного магнитного абсолютного энкодера положения Назначение – создание быстродействующих компактных On-Axis магнитных энкодеров углового положения Статус проекта: Первые образцы будут изготовлены к концу 2014 года.

15 ENC_ASIC2 – Структурная схема

ENC_ASIC2, Сравнение с конкурентами ХарактеристикиENC_ASIC2iC-MH, iC-Haus AS5145, AMS AM4096, RLS Разрешение Время преобразования 1 мкс 0.12 мкс 96 мкс 0.7 мкс Счетчик оборотов 10 бит Нет Синусно-косинусный выход Есть Нет Есть Аналоговый выход Есть Нет Есть Интерфейс SPIЕсть Нет Интерфейс SSIЕсть Инкрементальный выход Есть Выход UVWЕсть Нет Есть Выход ШИМЕсть Нет Есть Выход Step+Dir Есть Нет Подстройка нулевого положения Есть Подстройка ограничивающих пороговых значений положения Есть Нет

17 ENC_ASIC2 –пример применения Датчик положения ротора в системах управления бесколлекторными электродвигателями вместо традиционно используемой системы из 3-х датчиков Холла. Это позволит: 1. Достичь существенно более точного определения момента коммутации обмоток => высокой равномерности вращения; 2. Достичь высокой точности разгона, позиционирования и торможения.

«Зеленоградский нанотехнологический центр» Москва, Зеленоград, пр. 4806, д. 5, стр. 23 тел. (499) , тел. (499) , СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ Мы открыты для сотрудничества ! Дизайн-центр микросистемной техники и проектирования SoC Директор Дизайн-центра: Стахин Вениамин Георгиевич Тел. +7 (499) , Ведущий специалист направления магнитных датчиков: Прокофьев Георгий Всеволодович Тел. +7 (499) , skype: