Motortreiber für analoge Uhr - Gunook

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

Auch in einer digitalen Welt haben klassische Analoguhren einen zeitlosen Stil, der bleiben wird. Wir können ein Dual-Rail GreenPAK™ CMIC verwenden, um alle aktiven elektronischen Funktionen zu implementieren, die in einer analogen Uhr benötigt werden, einschließlich Motortreiber und Quarzoszillator. GreenPAKs sind kostengünstige, winzige Geräte, die perfekt zu Smartwatches passen. Als einfach zu bauende Demonstration beschaffte ich mir eine billige Wanduhr, entfernte die vorhandene Platine und ersetzte die gesamte aktive Elektronik durch ein GreenPAK-Gerät.

Sie können alle Schritte ausführen, um zu verstehen, wie der GreenPAK-Chip zur Steuerung des Analog Clock Motor Driver programmiert wurde. Wenn Sie jedoch einfach den Analog Clock Motor Driver erstellen möchten, ohne die gesamte innere Schaltung durchlaufen zu müssen, laden Sie die GreenPAK-Software herunter, um die bereits fertige GreenPAK-Designdatei für den Analog Clock Motor Driver anzuzeigen. Schließen Sie das GreenPAK Development Kit an Ihren Computer an und klicken Sie auf „Programmieren“, um den benutzerdefinierten IC zur Steuerung Ihres Analog Clock Motor Driver zu erstellen. Im nächsten Schritt wird die Logik in der Designdatei des Analog Clock Motor Driver GreenPAK für diejenigen erläutert, die daran interessiert sind, die Funktionsweise der Schaltung zu verstehen.

Schritt 1: Hintergrund: Schrittmotoren vom Typ Lavet

Eine typische analoge Uhr verwendet einen Schrittmotor vom Lavet-Typ, um das Ritzel des Uhrmechanismus zu drehen. Es handelt sich um einen Einphasenmotor, der aus einem flachen Stator (stationärer Teil des Motors) mit einer um einen Arm gewickelten Induktionsspule besteht. Zwischen den Armen des Stators liegt der Rotor (der bewegliche Teil des Motors), der aus einem kreisförmigen Permanentmagneten besteht, an dem ein Ritzel angebracht ist. Das mit anderen Zahnrädern gekoppelte Ritzel bewegt die Uhrzeiger. Der Motor arbeitet durch Wechseln der Polarität des Stroms in der Statorspule mit einer Pause zwischen den Polaritätsänderungen. Während Stromimpulsen zieht der induzierte Magnetismus den Motor an, um die Pole von Rotor und Stator auszurichten. Während der Strom abgeschaltet ist, wird der Motor durch widerstrebende Kraft in eine von zwei anderen Positionen gezogen. Diese Reluktanz-Ruhepositionen werden durch das Design von Ungleichmäßigkeiten (Kerben) im Metallmotorgehäuse erzeugt, so dass sich der Motor in eine Richtung dreht (siehe Abbildung 1).

Schritt 2: Motortreiber

Das beigefügte Design verwendet einen SLG46121V, um die erforderlichen Stromwellenformen durch die Statorspule zu erzeugen. Separate 2x Push-Pull-Ausgänge am IC (mit M1 und M2 bezeichnet) werden an jedes Ende der Spule angeschlossen und treiben die Wechselimpulse an. Damit dieses Gerät korrekt funktioniert, müssen Gegentaktausgänge verwendet werden. Die Wellenform besteht aus einem 10-ms-Impuls pro Sekunde, der mit jedem Impuls zwischen M1 und M2 wechselt. Die Impulse werden mit nur wenigen Blöcken erzeugt, die von einer einfachen 32,768-kHz-Quarzoszillatorschaltung angesteuert werden. Der OSC-Block verfügt praktischerweise über eingebaute Teiler, um den 32,768-kHz-Takt herunterzuteilen. CNT1 gibt jede Sekunde einen Taktimpuls aus. Dieser Impuls löst eine 10 ms lange monostabile Schaltung aus. Zwei LUTs (bezeichnet mit 1 und 2) demultiplexen den 10-ms-Impuls an die Ausgangspins. Impulse werden an M1 weitergeleitet, wenn der DFF5-Ausgang hoch ist, M2, wenn er niedrig ist.

Schritt 3: Kristalloszillator

Der 32,768-kHz-Quarzoszillator verwendet nur zwei Pinblöcke auf dem Chip. PIN12 (OSC_IN) ist als Niederspannungs-Digitaleingang (LVDI) eingestellt, der einen relativ geringen Schaltstrom hat. Das Signal von PIN12 wird in die OE von PIN10 (FEEDBACK_OUT) eingespeist. PIN10 ist als 3-Zustands-Ausgang mit geerdetem Eingang konfiguriert, wodurch er wie ein Open-Drain-NMOS-Ausgang agiert. Dieser Signalpfad invertiert natürlich, sodass kein weiterer Block benötigt wird. Extern wird der Ausgang von PIN 10 durch einen 1MΩ-Widerstand (R4) auf VDD2 (PIN11) hochgezogen. Sowohl PIN10 als auch PIN12 werden von der VDD2-Schiene gespeist, die wiederum ein strombegrenzter 1-MΩ-Widerstand auf VDD ist. R1 ist ein Rückkopplungswiderstand, um die invertierende Schaltung vorzuspannen, und R2 begrenzt die Ausgangsansteuerung. Das Hinzufügen des Quarzes und der Kondensatoren vervollständigt die Pierce-Oszillatorschaltung, wie in Abbildung 3 gezeigt.

Schritt 4: Ergebnisse

VDD wurde von einer CR2032-Lithium-Knopfbatterie mit Strom versorgt, die typischerweise 3,0 V (3,3 V im frischen Zustand) liefert. Die Ausgangswellenform besteht aus abwechselnden 10-ms-Impulsen, wie unten in Abbildung 4 gezeigt. Im Durchschnitt über eine Minute betrug die gemessene Stromaufnahme ungefähr 97 uA einschließlich des Motorantriebs. Ohne Motor betrug die Stromaufnahme 2,25 µA.

Abschluss

Dieser Anwendungshinweis bietet eine GreenPAK-Demonstration einer Komplettlösung zum Antrieb eines analogen Taktschrittmotors und kann die Grundlage für andere spezialisiertere Lösungen sein. Diese Lösung verwendet nur einen Teil der GreenPAK-Ressourcen, wodurch der IC für zusätzliche Funktionen offen bleibt, die nur Ihrer Fantasie überlassen werden.