Slimme magnetische encoder

Intelligente hall-sensor met batterijbuffer

De iC-PVS van iC-Haus is een universeel Hall-sensor-IC voor incrementele of absolute positiedetectie met een batterijgebufferde 56-bits positieteller. Voor hogere resoluties en de hoogste eisen met betrekking tot signaalconditionering, kan hij dankzij de Sin/Cos-interface eenvoudig worden uitgebreid met de iC-TW29 als interpolator-IC.

De Duitse firma iC-Haus ontwikkelt en produceert allerhande slimme en fraaie IC’s en is een specialist op het gebied van monolithische mixed-signal circuits en microsystemen op basis van ASiC’s. Hoe fraai deze IC’s zijn, is te zien aan de onlangs uitgebrachte hall-sensor. Deze sensor, die is ondergebracht in een 38 polige QFN38-5×7-behuizing, is meer dan alleen het sensorelement. Ook alle elektronica om de analoge signalen uit het hall-element signalen te verwerken tot een hoogwaardige digitale waarde van de positie van een draaiend as, zijn in het IC verwerkt. Opvallend daarbij is dat de bepaling van de positie ook doorgaat als de voedingsspanning voor de sensor uitvalt. Het IC is uitgerust met een schakelunit die omschakelt van V_dd naar een batterijvoeding als de voedingsspanning beneden een bepaalde waarde komt. Het uitlezen van het hall-element, de AD-omzetting van de analoge signalen, en het aansturen van de diverse tellers gaan dan gewoon door. Daarbij heeft men het stroomverbruik zo laag weten te houden dat het bijhouden van de positie gerust jaren lang voort kan gaan. Het stroomverbruik is namelijk in de batterijmode 2…30 µA afhankelijk wat het IC aan het doen is. Het IC is hiermee ook heel erg geschikt om ingezet te worden als sensor in een draadloos sensornetwerk dat gebruik moet maken van batterijvoeding of energy harvesting.

iC-PVS
Het nieuwe sensor-IC combineert een flexibele configureerbare Hall-array front-end met een 56-bit low-power periodeteller en een geïntegreerde 6-bit interpolator. Hiermee is heel gemakkelijk een multiturn absolute encoder te maken.
Om een draaiende of lineaire beweging te kunnen volgen met de iC-PVS moet er een magnetisch wiel of strook gebruikt worden met meerdere polen (afbeelding 1A, 1B en 1C). Daarbij mag de poolbreedte ongeveer 1,0…2,5 mm zijn. Het spreekt voor zich dat het aantal polen bepalend is voor de stapgrootte waarmee gemeten wordt. Hoe meer polen en dus hoe groter de ring, hoe kleiner de hoek is per stap. Overigens kan de sensor ook overweg met tandwielen of tandheugels zolang deze maar gemaakt zijn van een ferromagnetische materiaal. Wel is er dan een zogenaamde back-bias magneet nodig (afbeelding 1D). Tandwielen met tanden van 0,3…1,5 mm kunnen zo probleemloos worden gescand.
Dankzij BiSS-C, SPI en zowel incrementele als analoge sin/cos-interfaces, kan iC-PVS worden gebruikt als een stand-alone encoderoplossing of in combinatie met een interpolator-IC zoals iC-TW29. Dit maakt veel hogere resoluties mogelijk en biedt hoogwaardige signaalconditionering (foutcompensatie voor amplitude, offset, fasefout van het sin/cos-spoor) en biedt uitgebreide bewakingsfuncties, bijvoorbeeld.

Wat kan hij
Afbeelding 2 toont het blokschema van het inwendige. Te zien is dat het IC de signalen vanuit de hall-sensoren niet alleen digitaal verwerkt, maar ook als analoog signaal naar buiten voert. De iC-TW29 gebruikt deze signalen om de resolutie te verhogen naar 26 bit per omwenteling.
Het digitale deel heeft een veel lagere resolutie. Hier worden slechts de toppen van het analoge signaal geteld in een register dat flexibel is in te richten. Het eerste deel is bedoeld om het aantal polen per omwenteling te tellen. Zijn dit er bijvoorbeeld 31, dan worden 5 bits voor dit deel gereserveerd. Zes bits van dit register kunt u inzetten om de iC-PVS ongeveer hetzelfde te laten doen als de iC-TW29. Tenslotte is er dan nog een register van maximaal 48 bits waarin het aantal volledige omwentelingen bijgehouden wordt. Afbeelding 3 toont hoe deze registers werken.
Om de registers uit te kunnen lezen, heeft het IC vele interfacemogelijkheden. Hier heeft u de keuze uit BiSS, SSI, SPI, en I²C. Deze laatste wordt ook gebruikt om het IC aan te sturen.

Tot slot
Met name in combinatie met de iC-TW29 biedt dit nieuwe sensor-IC u de mogelijkheid om met een hele hoge resolutie een draaiende of lineaire beweging te kunnen volgen. De batterij-back-up die ingebouwd is, garandeert u hierbij dat de positie niet zomaar verdwijnt als onverhoopt de voedingsspanning uitvalt.

AVE Added Value Electronics 30 jaar
Afgelopen juni was er een feestje bij AVE Added Value Electronics, want 30 jaar geleden, op 1 juli 1991, werd het bedrijf opgericht. In al die jaren zijn ze uitgegroeid tot een bedrijf dat professionele elektronische componenten en subassemblages verkoopt van het niche-type. Dit doen ze vooral in de Benelux, maar ook de rest van de wereld wordt niet vergeten. Vanuit het eigen magazijn in Nederland wordt de logistiek afgehandeld door een volledig geautomatiseerd ordersysteem.