使用安森美NCS32100PCB設(shè)計(jì)工具提高位置傳感器系統(tǒng)精度

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(EMDS)高度依賴位置編碼器來(lái)提升效率，并滿足日益嚴(yán)苛的法規(guī)要求。位置編碼器將感知到的速度和位置信息反饋給控制器，從而實(shí)現(xiàn)高精度電機(jī)控制和同步。位置編碼器種類繁多，包括機(jī)械式、光學(xué)式、磁式或電感式。

值得注意的是，旋轉(zhuǎn)電感編碼器在惡劣環(huán)境下具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠有效抵抗污垢、磁性碎屑、濕氣和沖擊等污染因素的影響。這些器件基于法拉第電磁相互感應(yīng)原理，在工業(yè)4.0的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，能夠測(cè)量變速箱、踏板、機(jī)械臂等眾多工業(yè)系統(tǒng)的位置移動(dòng)。

圖1：通過(guò)編碼器實(shí)現(xiàn)高精度電機(jī)控制和同步

旋轉(zhuǎn)電感傳感器原理

典型的旋轉(zhuǎn)電感編碼器有三個(gè)主要部件，如圖2所示。轉(zhuǎn)子安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸上，定子安裝在編碼器外殼上。轉(zhuǎn)子和定子都有扁平線圈，這些線圈被集成在PCB上，而位置感知器件（例如安森美(onsemi)的NCS32100電感位置傳感器）通常安裝在定子上。

感知器件將正弦波（NCS32100為4MHz）傳輸?shù)蕉ㄗ由系膭?lì)磁線圈，該線圈起到天線的作用，將能量耦合到轉(zhuǎn)子的接收線圈中。定子也有一組接收線圈，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，其線圈中的耦合能量會(huì)對(duì)定子接收線圈產(chǎn)生擾動(dòng)。感知器件與定子接收線圈相連以接收輸入信號(hào)，并通過(guò)分析定子接收線圈中的擾動(dòng)來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子位置。

通過(guò)增加轉(zhuǎn)子和定子線圈的數(shù)量，改變線圈的模式，以及增加感知器件接收的輸入數(shù)量，可以提高旋轉(zhuǎn)電感編碼器的分辨率和精度。

圖2：旋轉(zhuǎn)電感編碼器有三個(gè)主要部件

安森美NCS32100簡(jiǎn)介

NCS32100是一款新近獲得專利的雙電感傳感器，非常適合工業(yè)市場(chǎng)應(yīng)用，包括機(jī)器人、電機(jī)控制和定位、伺服應(yīng)用等。

NCS32100支持靜態(tài)高速應(yīng)用，在高達(dá)6,000rpm 的轉(zhuǎn)速下可實(shí)現(xiàn)50角秒或更高的精度，功能轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速最高可達(dá)45,000rpm。

全功能控制器和傳感器接口與非接觸式PCB傳感器配合使用時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高分辨率、高精度角度感知。該器件具有高度可配置的8通道傳感器接口，支持連接多種類型的電感傳感器，并提供豐富的數(shù)字輸出格式。此外，它還提供了速度、溫度和備用電池測(cè)量，集成的電源電路支持寬VCC范圍和備用電池能力。

安森美基于Web的設(shè)計(jì)工具

旋轉(zhuǎn)電感編碼器的整體分辨率和精度，取決于定子和轉(zhuǎn)子PCB的設(shè)計(jì)以及感知器件的性能。PCB設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性，對(duì)走線寬度和間距、通孔焊盤直徑、鉆孔直徑、銅和絕緣層的厚度等參數(shù)都有嚴(yán)格的容差要求。

鑒于不當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)會(huì)極大地影響編碼器的性能，安森美創(chuàng)建了基于Web的NCS32100PCB設(shè)計(jì)工具，以指導(dǎo)工程師完成必要的PCB設(shè)計(jì)步驟。使用該工具時(shí)，用戶遵循三步流程（參見圖3）：首先輸入一組明確的數(shù)據(jù)來(lái)描述編碼器設(shè)計(jì)，然后生成轉(zhuǎn)子和定子PCB的詳細(xì)圖紙，最后根據(jù)輸入的設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行仿真。用戶運(yùn)行的這些仿真根據(jù)輸入?yún)?shù)模擬接收器輸入幅度和角度誤差（角秒），通過(guò)迭代這些參數(shù)，解決方案就能針對(duì)成本和精度要求進(jìn)行優(yōu)化。

圖3：使用NCS32100PCB 設(shè)計(jì)工具的三步開發(fā)流程

安森美助您更快實(shí)現(xiàn)盈利

旋轉(zhuǎn)電感編碼器因其穩(wěn)健性和抗污染能力，成為惡劣工業(yè)環(huán)境中電機(jī)控制方案的常見選擇。雖然安森美的NCS32100傳感器為設(shè)計(jì)人員提供了高度精確且可配置的方案，但糟糕的PCB設(shè)計(jì)可能會(huì)降低任何使用該傳感器的編碼器系統(tǒng)的整體性能。

NCS32100PCB 設(shè)計(jì)工具讓設(shè)計(jì)人員能夠放心地優(yōu)化PCB設(shè)計(jì)，而無(wú)需投入資源進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。PCB線圈設(shè)計(jì)工具支持一系列輸入選項(xiàng)的快速迭代，幫助設(shè)計(jì)人員根據(jù)成本和精度要求迅速優(yōu)化PCB設(shè)計(jì)，從而加快開發(fā)進(jìn)程并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

工業(yè)系統(tǒng)制造商對(duì)其基于NCS32100的設(shè)計(jì)的精度充滿信心，因?yàn)樵诎采肋M(jìn)行的測(cè)試中，該器件的精度水平可與被視為行業(yè)標(biāo)桿的精密Gurley編碼器相媲美。

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