针对电机位置编码器接口的 EMC 兼容设计——第6部分

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

 

这些是使用基于RS-485或RS-422的串行数字接口，与一个绝对位置编码器相连接的主要标准。更进一步的接口标准包括Profibus分散式外设 (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。还有专有的、驱动厂商专门指定的标准，诸如西门子公司的DRIVE-CLiQ、Fanuc串行接口、三菱公司的高速串行接口，以及更多其它标准。在这个博客系列中，我们只涉及了EnDat、BiSS和HIPERFACE。在这篇博文中，我将总结所有这些标准，并且与读者分享一个EMC兼容设计，这个设计能够支持你在工业驱动应用中所使用的任何标准。

表1中的内容试图汇总所有这些编码器接口标准的技术规格，从物理层 (PHY) 和电源电压方面对这3个标准进行了比较（EnDat 2.2，HIPERFACE DSL和BiSS）。图1是最大时钟频率与电缆长度之间关系的概览。

 

 

表1：EnDat 2.2、BiSS和HIPERFACE DSL接口

 

 

图1：最大时钟频率与电缆长度技术规格（0至100m）之间的关系

表2中列出了针对RS-422/RS-485收发器的基本技术规格，以及那些适用于表1中提及的3个标准的电源的基本技术规格。表3显示了针对同样内容的电源技术规格。

 

 

表2：收发器要求

 

 

表3：编码器电源要求

一款用于绝对位置编码器接口的解决方案

到绝对位置编码器的通用数字接口参考设计 (TIDA-00179) 执行一个电磁兼容性 (EMC) 兼容的通用数字接口；这个接口与EnDat 2.2、BiSS或HIPERFACE DSL等绝对位置编码器相连接。

这个TI Designs参考设计的主要构造块为：

一个双向四线制RS-485接口和通过RS-485供电的两线制双向RS-485接口。

一个选择有源编码器接口的复用器或解复用器。

具有可编程输出电压和过压、过流以及短路保护功能的编码器电源。

一个与主机处理器相连，以运行相应的编码器标准协议的3.3V数字接口。

这个运行相应编码器主控协议的主机处理器不属于这个设计。

图2显示的是一个通用数字接口模块的经简化系统方框图。作为一个工业驱动的子系统，此模块与绝对位置编码器相连，浅绿色方框内是其参考设计。

 

 

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。