电机位置编码器接口的电磁兼容设计——第6部分

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

这些是使用基于RS-485或RS-422的串行数字接口与绝对位置编码器连接的主要标准。其他接口标准包括Profibus分布式外围设备(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。还有专门由驱动指定的专有标准，比如西门子的DRIVE-CLiQ，Fanuc串行接口，三菱的高速串行接口，还有很多其他的标准。在这个博客系列中，我们只谈到了EnDat、BiSS和HIPERFACE。在这篇博客文章中，我将总结所有这些标准，并与读者分享一个与EMC兼容的设计，它可以支持您在工业驱动的应用程序中使用的任何标准。

表1试图总结所有这些编码器接口标准的技术规范，并从物理层(PHY)和电源电压(EnDat 2.2、HIPERFACE DSL和BiSS)方面对这三个标准进行比较。图1是最大时钟频率和电缆长度之间关系的概述。

表1: endat 2.2、BIs和HIPERFACE DSL接口

图1:最大时钟频率与电缆长度规格(0至100米)之间的关系

表2列出了RS-422/RS-485收发器的基本技术规格以及适用于表1中提到的三种标准的电源的基本技术规格。表3显示了相同内容的电源规格。

表2:收发器要求

表3:编码器电源要求

绝对位置编码器接口解决方案

绝对位置编码器的通用数字接口参考设计(TIDA-00179)实现了电磁兼容性兼容的通用数字接口；该接口连接绝对位置编码器，如EnDat 2.2、BIs或HIPERFACE DSL。

本技术信息设计参考设计的主要构件是：

一个双向四线RS-485接口和一个由RS-485供电的双线双向RS-485接口。

选择活动编码器接口的多路复用器或多路分解器。

具有可编程输出电压和过压、过流和短路保护功能的编码器电源。

连接到主处理器的3.3V数字接口，用于运行相应的编码器标准协议。

运行相应编码器主控协议的主机处理器不属于此设计。

图2示出了通用数字接口模块的简化系统框图。作为工业驱动子系统，该模块与绝对位置编码器相连，其参考设计在浅绿色方框内。

图2：具有到绝对位置编码器的通用数字接口的工业驱动

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。

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。

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。