Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Relpol
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wielokanałowy system wykorzystujący przetworniki indukcyjność na wartość cyfrową

ghost666 13 Lut 2016 18:17 4677 0
  • Wielokanałowy system wykorzystujący przetworniki indukcyjność na wartość cyfrową
    W wielu postach donosiliśmy o nowatorskich układach LDC, czyli konwerterach wartości indukcyjności na wartość cyfrową. Te układy scalone - cyfrowe mierniki indukcyjności - po sprzężeniu z na przykład cewką wykonaną na PC mogą być wykorzystywane do pomiaru odległości czy położenia w systemach automatyki przemysłowej.

    Pewien czas temu, czołowy producent układów typu LDC, firma Texas Instruments poszerzyła portfolio produkowanych układów tego rodzaju o nowe, wielokanałowe układy pomiarowe: LDC1312 i LDC1612 z dwoma i LDC1314, i LDC1614 z czterema kanałami zestrojonymi do siebie. W poniższym artykule autor, Ben Kasemsadeh z TI, tłumaczy, jak w oparciu o te układy skonstruować można wielokanałowy system przetwarzania indukcyjności na wartość cyfrową.

    Zalety rozwiązania wielokanałowego

    * Systemu korzystające z wielu sensorów indukcyjnych mogą robić to teraz korzystając z pojedynczego układu scalonego, jak pokazano na rysunku 1 (po lewej). Takie rozwiązanie istotnie upraszcza projekt układu.
    * Poszczególne kanały w obrębie układu są do siebie bardzo precyzyjnie dobrane, głównie pod względem wzbudzania sensora i wartości pasożytniczych toru pomiarowego. Umożliwia to budowę sensorów różnicowych wykorzystujących do bardzo precyzyjnego pomiaru, na przykład położenia metalowego elementu względem sensora, jak pokazano na rysunku 2. Można też wykorzystywać jeden kanał do pomiarów (z metalowym targetem), a drugi (bez targetu) do kompensacji zmian termicznych i innych w cewce układu.
    * Zmniejszenie liczy elementów w systemach wielokanałowych nie tylko upraszcza układ, ale także zmniejsza sumaryczny pobór mocy urządzenia.

    Wielokanałowy system wykorzystujący przetworniki indukcyjność na wartość cyfrową
    Rys.2: Przykład cewki różnicowej do bardzo precyzyjnych pomiarów położenia z wykorzystaniem dwóch dopasowanych do siebie kanałów.


    Wielokanałowe układy LDC mają dwa tryby pracy:

    Tryb jednokanałowy (ciągły). W tym trybie układ LDC aktywuje jeden z podłączonych sensorów i w sposób ciągły digitalizuje wartości indukcyjności podłączonego sensora. Aby układ pracował w tym trybie, należy ustawić rejestry odpowiedzialne za AUTOSCAN_EN do stanu niskiego - 0. Aby to było możliwe, ustawiamy 15 bit rejestru o adresie 0x1B w stan niski. W takiej sytuacji ustawienia RR_SEQUENCE nie mają znaczenia (bity 14 i 13 rejestru 0x1B. Następnie z pomocą ACTIVE_CHAN (bity 15 i 14 rejestru 0x1A) konfigurujemy aktywny kanał - ustawienie b00 oznacza, że aktywny będzie kanał 0, b01 - kanał pierwszy, b10 kanał 2, a b11 kanał 3. Należy pamiętać, że niektóre funkcje, takie jak sensor wysokoprądowy (ustawione w stan wysoki HIGH_CURRENT_DRV - bit 6 rejestru 0x1A) działają tylko dla sensora wpiętego w kanał 0 układu.





    Tryb wielokanałowy (sekwencyjny). W tym trybie pracy układ LDC aktywuje po kolei poszczególne kanały układu scalonego w zaprogramowany sposób. Analogicznie jak dla trybu jednokanałowego, skonfigurować musimy układ do pracy w tym trybie z pomocą rejestru AUTOSCAN_EN = 1 (15 bit rejestru 0x1B). W trybie wielokanałowym ACTIVE_CHAN (bity 14 i 15 rejestru 0x1A nie mają znaczenia). RR_SEQUENCE (bity 13 i 14 rejestru 0x1B) definiuje sposób przełączania się pomiędzy kanałami. Dla ustawienia b00 przemiatanie obejmować będzie kanały 0 i 1. W przypadku wykorzystania układów czterokanałowych (LDC1314 i LDC1614) ustawienie RR_SEQUENCE jako b01 oznaczać będzie pomiar na kanałach 0-2, a b10 kanałach 0-3 (czyli wszystkich czterech).

    Układy wielokanałowe zawierają w swojej strukturze filtry analogowe, mające zmniejszać czułość układu pomiarowego na szum wejściowych, pochodzący z sensora. Ustawienie parametru DEGLITCH (bity od 0 do 2 rejesru 0x1B) konfigurują jego działanie. Ustawienie filtra obowiązuje dla wszystkich kanałów pomiarowych, więc trzeba je ostrożnie dobierać. Filtr ogranicza pasmo, więc mając różnego rodzaju sensory na różnych kanałach układu LDC, pasmo filtra skonfigurować trzeba jako możliwie najniższe, ale obejmujące częstotliwość działania wszystkich filtrów.

    Istnieje możliwość synchronizowania w czasie odczytów z poszczególnych sensorów, co jest niezwykle istotne przy wykorzystaniu wielokanałowego układu z różnymi sensorami. Podobnie jak układ LDC1000, wielokanałowe LDC wyposażone są w pin DRDY który informuje, że na wyjściu obecne są nowe dane do odczytu. Dodatkowo, warto nadmienić, że stałe czasowe układu są w pełni deterministyczne, co oznacza, że jesteśmy w stanie obliczyć co jaki czas na wyjściu konwertera pojawią się nowe dane - zamiast sprawdzać poziom na linii DRDY.

    Przebiegi pokazane na oscylogramach na rysunku 3 i 4 obrazują pomiary (asymetryczne) pinu sensor in układu w trybie jedno- i wielokanałowym. W tym przypadku układ LDC skonfigurowano do pracy z bardzo krótkim czasem konwersji, na poziomie 128 cykli zegara FREF (CHn_RCOUNT - 0x08), co pozwala na bardzo szybkie pomiary, oczywiście poświęcając ich dokładność.

    Wielokanałowy system wykorzystujący przetworniki indukcyjność na wartość cyfrową
    Rys.3: Przebieg czasowy na pinie IN0A (żółty) i IN1A (cyan) w trybie jednokanałowym

    Wielokanałowy system wykorzystujący przetworniki indukcyjność na wartość cyfrową
    Rys.4: Przebieg czasowy na pinie IN0A (żółty) i IN1A (cyan) w trybie wielokanałowym


    Zależności czasowe pracującego LDC są w pełni deterministyczne, co pozwala nam rozbić je na składowe elementy:
    * Czas wybudzania układu. Jest to czas, który zajmuje wybudzenie układu z trybu wyłączenia (shutdown) do trybu uśpienia (sleep).
    * Czas wybudzania układu z uśpienia. To czas wybudzania układ z trybu uśpienia do trybu aktywnego.
    * Czas aktywacji sensora. Czas ten konfiguruje się niezależnie dla każdego z kanałów z pomocą rejestrów SETTLECOUNT_CHn pod adresami 0x10, 0x11, 0x12 and 0x13. Możliwe jest ustawienie różnych czasów aktywacji kanałów dla różnych sensorów, zależnie od tego jaka jest charakterystyka poszczególnych sensorów na poszczególnych kanałach. Czas aktywacji sensora musi być an tyle długi, aby umożliwić stabilizację sensora - czas, w którym układ LC się stabilizuje zależny jest od dobroci układu i częstotliwości oscylacji. Układ LC z dużą dobrocią (Q) stabilizuje się bardzo długo, a układ z małym Q krótko. Podobnie jest z częstotliwością - układ o wysokiej częstotliwości oscylacji stabilizuje się szybciej niż podobny układ o mniejszej częstotliwości oscylacji w układzie LC. Czas aktywacji będzie odczekiwany za każdym razem, gdy dany sensor będzie aktywowany. W aplikacji jednokanałowej sytuacja taka wystąpi jednorazowo, za każdym razem gdy układ wyjdzie z trybu uśpienia. W systemach wielokanałowych sensory są wyłączane automatycznie po każdym z pomiarów, co oznacza, że za każdym razem, gdy LDC przełączać będzie sensor na kolejny musi go aktywować i odczekać zaprogramowany czas. Ustawienie tego czasu na zbyt krótki może pogorszyć precyzję pomiarów, a niepotrzebne wydłużanie przełoży się na zmniejszenie częstotliwości pomiarów, więc nie jest polecane w systemach, w których częstotliwość próbkowania sensora jest istotna.
    * Czas konwersji. Po ustabilizowaniu się sensora układu mierzy częstotliwość przez czas równy czasowi konwersji, który skonfigurowany jest z pomocą rejestru RCOUNT_CHn pod adresem 0x08, 0x09, 0x0A i 0x0B. Czas jaki potrzebny jest do konwersji jednej próbki wynosić może od 80 cykli zegara FREF (2 mikrosekundy dla zegara na CLKIN o częstotliwości 40 MHz) do 1048560 cykli zegara FREF (26,2 milisekundy dla tego samego zegara). Szybkie konwersje zapewniają szybkie pomiary i wysoką częstotliwość próbek, ale mniejszą precyzję - dokładnie przeczytać można o tym w karcie katalogowej układu. Dla każdego sensora skonfigurować można inny czas konwersji, zależnie od żądanej precyzji dla danego sensora.
    * Opóźnienie przełączania. Jest to opóźnienie pomiędzy przełączaniem sensorów w aplikacji wielokanałowej. Jest to czas potrzebny na wyłączenie sensora i włączenie następnego kanału.

    Podsumowując w systemie wielokanałowym czas pomiędzy próbkami jest sumą trzech czasów: czasu aktywacji sensora, czasu konwersji i opóźnienia związanego z przełączaniem kanałów.

    Jak pokazano na rysunku 4 konwersja zajmuje: czas aktywacji 1,8 ms + czas konwersji 3,2 ms + czas opóźnienia 0,75 ms = 16,75 ms na pomiar na kanał. Jeśli LDC skonfigurowane jest do pracy dwukanałowej poprzez rejestry AUTOSCAN_EN = 1 i RR_SEQUENCE = 00, wtedy jeden zestaw pomiarów dostępny będzie na wyjściu układu co 33,5 ms. Jeśli układ pracować będzie w trybie czterokanałowym (AUTOSCAN_EN = 1 i RR_SEQUENCE = 10), to czas ten wyniesie 67 ms.

    Aby dokładnie wyznaczyć poszczególne czasy, skorzystać można z dedykowanego kalkulatora dostępnego na stronie Texas Instruments.

    Źródła:
    http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2015/05/04/inductive-sensing-how-to-configure-a-multichannel-ldc-system-part-1
    http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2015/05/11/inductive-sensing-how-to-configure-a-multichannel-ldc-system-part-2


    Fajne! Ranking DIY
  • Relpol
  Szukaj w 5mln produktów