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Neue Produkte vom 03/14/2018

iC-Haus

Hochauflösende Absolut-Encoder-iCs für die Nonius-Interpolation

Den optischen Sensoren der iC-PNH Serie genügt eine kleine Sensorfläche von nur 1,9 mm x 3,3 mm, um Drehgeber-Codescheiben abzutasten und Sinussignale in bester „HiFi-Qualität“ zu erzeugen. Die Auswertung übernehmen Interpolations-ICs mit einer Nonius-Berechnung. Für eine hohe Genauigkeit durch eine schärfere Abbildung sind alle Bausteine dieser Serie mit einer kurzwelligen blauen LED-Beleuchtung einsetzbar.

Bild: iC-Haus
iC-PNH im optoQFN-Gehäuse mit 5 mm x 5 mm Kantenlänge. (Bild: iC-Haus)

Den optischen Sensoren der iC-PNH Serie genügt eine kleine Sensorfläche von nur 1,9 mm x 3,3 mm, um Drehgeber-Codescheiben abzutasten und Sinussignale in bester „HiFi-Qualität“ zu erzeugen. Die Auswertung übernehmen Interpolations-ICs mit einer Nonius-Berechnung, beispielsweise iC-MN oder iC-MNF, die sehr hohe Winkelauflösungen oberhalb von 21 Bit erreichen können – sogar für Codescheiben-Durchmesser von nur 26 mm. Für eine hohe Genauigkeit durch eine schärfere Abbildung sind alle Bausteine dieser Serie mit einer kurzwelligen blauen LED-Beleuchtung einsetzbar.

Im Vergleich mit konventionellen Absolutgeber-Sensoren lesen iC-PNH Sensoren nur drei inkrementelle Nonius-Spuren sowie einen 2-Bit Gray-Code, was Bauraum einspart und auch die Ausleuchtung vereinfacht. Durch die kleine Abtastfläche und die hohe Empfindlichkeit der Sensoren reduziert sich der Energiebedarf für die erforderliche LED zugunsten der Lebensdauer. Die Phased-Arrays können mit einer blauen LED eingesetzt werden, beispielsweise der iC-TL46, was Verzerrungen minimiert und den Signalkontrast erhöht; ebenfalls möglich ist die für Encoder klassische IR-LED.

Die Photostromsignale werden durch rauscharme Verstärker in niederohmige und störfeste Ausgangsspannungen gewandelt. Durch eine hohe Transimpedanz-Verstärkung von typisch 1 Megaohm genügt bereits eine Beleuchtungsstärke zwischen 3 bis 6 mW/cm2, je nach Chipvariante, um Ausgangssignale von mehreren hundert Millivolt für den nachfolgenden Interpolationsbaustein zur Verfügung zu stellen.

Die iC-PNH Bausteine sind verfügbar für Codescheiben von 26 mm, 33 mm oder 39 mm und arbeiten ab einer Versorgungsspannung von 4.1 V im Temperaturbereich von –40 °C bis 125 °C. Mit nur 0,9 mm Dicke baut das verwendete optoQFN-Gehäuse sehr flach und aufgrund der Kantenlänge von nur 5 x 5 mm wird wertvolle Platinenfläche eingespart.

Die typische Anwendung für iC-PNH sind absolute Positionsgeber auf Nonius-Basis. Etwa wie beim Messschieber, dessen Skalenprinzip der französische Mathematiker Pierre Vernier bereits im 17. Jahrhundert vorgestellt hat, wird die Ablesegenauigkeit durch mehrere Skalen erhöht – wobei die absolute Positionsinformation in der relativen Phasenlage der Signale zueinander enthalten ist. Dies erfordert eine besondere Art der Auswertung, die der neue Encoder-Interpolator iC-MNF mit einer Interpolationsauflösung von nunmehr 14 Bit beherrscht. Ein solches 2-Chip-System reduziert nicht nur die Systemkosten, sondern ist für Positionsgeber eine echte Alternative mit kleinerem Formfaktor, um neue Anwendungen zu erschließen.

iC-MNF verfügt in jedem Kanal über eine separat einstellbare Signalkonditionierung mit Sample & Hold-Stufe, die das aufbereitete Analogsignal für die anschließende sequenzielle Digitalisierung festhält. Dafür steht ein hochgenauer SAR-A/D-Wandler zur Verfügung, der eine Interpolationsauflösung von bis zu 14 Bit bietet. Der nichtlineare A/D-Wandler verwendet die Tangens-Funktion und wertet Sinus und Cosinus gleichzeitig aus.

Zur Berechnung hochaufgelöster Winkelpositionen sind 2- und 3-Spur-Nonius-Berechnungen konfigurierbar, die Auflösungen bis 25 Bit ermöglichen.

Der im QFN48 nur 7x7 mm große Wandler ist auf Kabelseite gegen Verpolung und Falschanschluss geschützt und beinhaltet den RS422-Transceiver für die serielle Datenschnittstelle. Die Ausgabe erfolgt im SSI- oder BiSS-Protokoll mit Taktraten von bis zu 10 Mbit/s.

Alle Hauptfunktionen des Chips sind überwacht und für Alarmmeldungen konfigurierbar. Typische Sensorfehler, wie beispielsweise Signalverlust durch Drahtbruch, Kurzschluss, Verschmutzung oder Alterung, werden erkannt und der Steuerung gemeldet.