Gewusst wie: ein kontaktloser Drehgeber - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

In diesem Anwendungshinweis wird beschrieben, wie Sie mit einem Dialog GreenPAK™ einen hochzuverlässigen Drehschalter oder Encoder entwickeln. Dieses Schalterdesign ist kontaktlos und ignoriert daher Kontaktoxidation und -verschleiß. Es ist ideal für den Einsatz im Freien mit langfristiger Feuchtigkeit, Staub, extremen Temperaturen usw. Dialog GreenPAK SLG46537: Das GreenPAK CMIC bietet alle Schaltungsfunktionen für dieses Design. Es erzeugt ein Signal (EVAL) für ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis, empfängt Eingaben von jedem Sektorpad des Drehschalters und interpretiert jedes Sektorpad unter Verwendung der Asynchronous State Machine (ASM), um nur eine Schalterauswahl zu garantieren.

Im Folgenden haben wir die erforderlichen Schritte beschrieben, um zu verstehen, wie die Lösung programmiert wurde, um einen kontaktlosen Drehgeber zu erstellen. Wenn Sie jedoch nur das Ergebnis der Programmierung erhalten möchten, laden Sie die GreenPAK-Software herunter, um die bereits fertige GreenPAK-Designdatei anzuzeigen. Schließen Sie das GreenPAK Development Kit an Ihren Computer an und klicken Sie auf das Programm, um den Konverter 8Ch PWM zu Pulspositionsmodulation zu erstellen.

Schritt 1: Designkonzept

Dieses Design funktioniert durch Timing. Es erzeugt ein Taktsignal (EVAL) zum langsamen Hochziehen jedes Sektorpads durch externe 100-kOhm-Widerstände (Abbildung 1). Das EVAL-Signal wird kapazitiv mit dem zentralen „Wischer“gekoppelt, der die steigende Flanke des ausgewählten Sektorpads schneller als alle anderen treibt (schnell in Abbildung 1). Die GreenPAK Asynchronous State Machine (ASM) wertet dann aus, welche steigende Flanke zuerst angekommen ist und das Ergebnis wird gelatcht. Der Vorteil des kapazitiven Kopplungsdesigns liegt in der Zuverlässigkeit. Unabhängig davon, ob der Encoder kapazitiv gebaut ist und sich dann bei einer direkten Verbindung abnutzt oder eine direkte Verbindung aufgebaut hat und dann zu einer kapazitiven degradiert (oxidiert) wird, funktioniert er immer noch. Das Top-Level-Schema in Abbildung 1 zeigt die Ausgänge, die zu Demonstrationszwecken mit externen LEDs verbunden sind.

Fig. 2 ist eine Oszilloskop-Erfassung, die den Unterschied in der Anstiegszeit eines Sektorpads mit dem darauf ausgerichteten Selektorwischer gegenüber der Anstiegszeit der anderen nicht ausgewählten Pads zeigt. Das Delta T beträgt 248 nS, was mehr als genug Spielraum für die Auflösung der GreenPAK Asynchronous State Machine (ASM) darstellt.

Der ASM kann in weniger als einer Nanosekunde aufgelöst werden, und seine interne Entscheidungsschaltung garantiert, dass nur ein Zustand gültig ist. Daher wird immer nur ein Ausgang registriert.

Schritt 2: Implementierung des GreenPAK-Designs

Der im GreenPAK CMIC programmierte Schaltplan ist in Abbildung 3 dargestellt.

Um Strom zu sparen, wird das EVAL-Signal mit einer für die Reaktionszeit der Anwendung geeigneten Rate erzeugt. Der Niederfrequenzoszillator wird verwendet und mit CNT2 weiter heruntergeteilt. In diesem Beispiel sind es ungefähr 16 Hz. Siehe Konfigurationseinstellungen in Abbildung 4.

Die Darstellung der möglichen Zustandsübergänge ist im ASM-Zustandsdiagramm (Abbildung 5) dargestellt.

Eine leicht verzögerte Kopie von EVAL wird bei jedem Zyklus als ASM-Reset verwendet. Dadurch wird sichergestellt, dass immer von STATE0 aus gestartet wird. Nach der ASM-Rücksetzbedingung wird das EVAL-Signal von dem ASM an jedem der Pads überwacht. Nur die früheste steigende Flanke bewirkt den Zustandsübergang aus STATE0 heraus. Alle nachfolgenden steigenden Flanken von anderen Pads werden ignoriert, da nur ein Zustandsübergang möglich ist. Dies liegt auch an der Art und Weise, wie wir das ASM konfiguriert haben, wie in Abbildung 6 gezeigt. Jeder der 6 ASM-Ausgangszustände entspricht nur einem der Sektor-Pads. Die DFF-Latches halten das ASM-Ergebnis stabil, so dass während des ASM-Resets kein Schalten des endgültigen Ausgangs stattfindet. Die gewünschte Polarität zum Ansteuern unserer Open-Drain-NMOS-Ausgangspins erfordert, dass wir die DFFs mit invertierten Ausgängen konfigurieren.

Schritt 3: Testergebnisse

Die Fotos unten zeigen einen groben Prototyp, der voll funktionsfähig ist. Es ist auch stromsparend und misst nur 5 uA für das GreenPAK. Die Anordnung von Pads und Wischer ist für das stärkste Signal maximiert. Der Prototyp erwies sich als immun gegen starke HF-Störungen wie große Leuchtstofflampen und 5 W 145 MHz Funk. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass alle Pads die Interferenz im Gleichtakt empfangen.

Es ist möglich, die Beläge und Wischerabmessungen so zu legen, dass sich in keiner Position 2 Beläge gleichzeitig mit dem Wischer überlappen. Dies ist möglicherweise nicht wirklich notwendig, da die ASM-Arbitrierungsschaltung selbst im Fall von 2 gleichzeitig ansteigenden Flanken nur einen der Zustände als gültig zulässt. Dies ist ein weiterer Grund, warum dieses Design robust ist. Eine gute Empfindlichkeit wird mit dem Platinenlayout erreicht, das Verbindungsspuren zu den Pads sehr schmal und untereinander gleich lang hat, so dass die Gesamtkapazität jedes Sektorpads an die anderen angepasst ist. Ein Endprodukt könnte mechanische Arretierungen für den Wischer beinhalten, so dass er „klickt“, wenn er in jeder der Positionen zentriert wird, und auch ein schönes taktiles Gefühl bietet.

FazitDialogs GreenPAK CMIC bietet eine stromsparende, robuste und komplette Lösung für diesen hochzuverlässigen Drehschalter. Es ist ideal für Anwendungen wie Zeitschaltuhren und Steuerungen im Freien, die einen stabilen Langzeitbetrieb erfordern.