Single- und Multiturn-Absolutwertgeber für Industrieanwendungen können jetzt auch mit herkömmlichen inkrementellen Maßverkörperungen oder Zahnrädern realisiert werden. Eine Nachrüstung bestehender Inkrementalsysteme auf eine absolute Positionserfassung ist ebenso möglich. 

Ein neuartiger magnetischer Encoder-IC von IC-Haus mit flexibel konfigurierbarer Hallzeile, integriertem 6-Bit-Interpolator und batteriegepuffertem 56-Bit-Periodenzähler ermöglicht, Single- und Multiturn-Absolutwertgeber jetzt auch mit herkömmlichen inkrementellen Maßverkörperungen oder Zahnrädern zu realisieren. Für noch höhere Auflösungen gibt der iC-PVS differenzielle, analoge Sin/Cos-Signale aus, die sich mit einem geeigneten Interpolations-IC extern weiterverarbeiten lassen.

Der IC-PVS kombiniert einen optional nutzbaren batteriegepufferten Periodenzähler mit einer konfigurierbaren Hallzeile. Somit kann der Hall-Encoder-Sensor-IC flexibel eingesetzt werden, und zwar für die inkrementelle oder absolute Positionserfassung sowohl in Off-Axis- als auch in Linearanwendungen. Die konfigurierbare Hallzeile unterstützt Polräder oder Linearmaßstäbe mit einer Polbreite von 1,0 mm bis 2,5 mm. Eisenhaltige Zahnräder mit einem Zahnmodul von 0,3 bis 1,5 können unter Verwendung eines Stützmagneten abgetastet werden. Die Abtastung erfolgt dabei differentiell und ist robust gegenüber externen magnetischen Störfeldern. Die monolithische System-on-Chip-Lösung findet in einem 5 mm x 7 mm 38-pin QFN-Gehäuse Platz.
 

Ultra-low-Power-System mit Batterie-Backup

Der Chip wird mit 3,3 bis 5,0 V Spannung versorgt und kann mit einer Pufferbatterie als Backup für den integrierten Periodenzähler betrieben werden. Je nach Anwendung lässt sich die Belastung der Batterie von 2 bis 80 µA einstellen, die das Ultra-low-Power-System im Bedarfsfall versorgt. Denn nur wenn die Spannungsversorgung tatsächlich unterbrochen wird, schaltet das System auf Batterieversorgung um. Je nach Anwendung erlaubt dies einen servicefreien batteriegepufferten Betrieb von zehn Jahren und mehr. Umfangreiche Diagnosefeatures gewährleisten im Zusammenspiel mit einer konfigurierbaren Batterieüberwachung eine hohe Systemsicherheit.

Der iC-PVS verfügt über alle nötigen Schnittstellen, die für einen Betrieb als Stand-alone-Lösung oder in Kombination mit einem Interpolator-IC wie dem iC-TW29 erforderlich sind. Hierzu gehört ein differentieller, analoger Sin/Cos-Ausgang sowie serielle BiSS-C-, SSI-, SPI- und I2C-Schnittstellen.   

Der iC-PVS enthält einen batteriegepufferten 56-Bit-Positionszähler und einen 6-Bit-Interpolator. Eine Stand-alone-Lösung in einem rotativen System erreicht, basierend auf 32 Signalperioden, somit beispielsweise eine Winkelauflösung von 11 Bit. Das absolute Positionswort setzt sich aus Multi- und Single-Turn-Information und einer Feininterpolation des Polpaares zusammen.

Bis 26 Bit mit externer Interpolation

In Kombination mit einem externen Interpolator-IC wie dem iC-TW29 werden hohe Auflösungen bis 26 Bit möglich. Er verarbeitet die analogen Sin/Cos-Signale zusammen mit der via BiSS C übermittelten batteriegepufferten Absolutposition. Der iC-TW29 verfügt über eine erweiterte Signalkonditionierung (Fehlerkompensation für Amplitude, Offset, Phasenfehler der Sin/Cos-Spur) und bietet intelligente Monitoringfunktionen, wie sie beispielsweise für Predictive-Maintenance-Anwendungen an Achslagern im Kontext von Industrie 4.0 gefragt sind. 

Großzügige Montagetoleranzen 

Sowohl als Stand-alone-Lösung als auch im Verbund mit dem iC-TW29 bietet der iC-PVS einen wesentlichen Vorteil: Im Vergleich zu klassischen Absolutsystemen verfügt der Hall-Sensor-Encoder-IC über großzügige Montagetoleranzen und der Abtastdurchmesser ist weitgehend frei skalierbar. Entwickler*innen können nun Absolut-Encoder auf Basis einer herkömmlichen inkrementellen Maßverkörperung bauen. Die Vorteile der vergleichsweise hohen Anbautoleranzen eines Inkrementalsystems bleiben dabei ohne Einschränkungen erhalten. 

Testszenarien beherrschen und variieren 

Für die einfache Implementierung und Applikationsentwicklung bietet IC-Haus das gesamte Tool-Kit für seine Encoder-ICs inklusive DLLs, Evaluation Boards, Schnittstellenmodulen oder SPI-Driver zur Kommunikation mit einem Mikro­controller. Mit der intuitiven Konfigurationssoftware lassen sich beliebige Test­szenarien beherrschen und variieren. 
Der mittelständische Halbleiterhersteller unterstützt seine Kunden zudem mit einem spezialisierten Applikationsteam bei der Implementierung. Mit seinen ergänzenden Webinar-Angeboten richtet sich IC-Haus an alle professionellen Anwender, um sie mit dem Einsatz neuester magnetischen (und optischen) Encoder-IC-Technologien vertraut zu machen.

Breites Anwendungsspektrum

Erste Kunden evaluieren den iC-PVS bereits zur Abtastung von diversen magnetischen Targets. Ob normale inkrementelle Polräder, axiale und lineare Abtastung bis hin zu Zahnrädern mit einem Back-Bias-Magnet, der Hall-Sensor zeichnet sich durch seine Anwendungsbreite aus. Durch die flexibel konfigurierbare Hall-Zeile und die differentielle Abtastung erfreut er sich zudem wachsender Beliebtheit als reines analoges Sin/Cos-Frontend. Wer aus diesem Setup mit minimalem Aufwand einen Absolut-Encoder machen möchte, greift einfach auf den integrierten Periodenzähler mit Batteriebackup zurück.

Als vielversprechend erweisen sich erste Applikationen mit größeren Hohlwellen. Ein Absolut-Encoder, der mit einem herkömmlichen Inkremental-Target konstruiert werden kann, stellt eine interessante Alternative zu herkömmlichen Absolut-Encodern dar. Auch sehr lange Messlängen bei der linearen Positionswegmessung lassen sich nun sehr einfach mit durchmagnetisierten Inkrementalbändern realisieren. Selbst die Umrüstung eines existierenden inkrementellen magnetischen Encoders auf eine absolute Positionserfassung lässt sich mit dem neuen Baustein von IC-Haus mit minimalem Aufwand bewerkstelligen, ohne dass das Magnet-Target ersetzt werden muss. Das breite Anwendungsspektrum des iC-PVS ist das Ergebnis eines anwendungsorientierten Chip-Designs, das auf hohe Flexibilität und einfache Konfigurierbarkeit setzt. 

Autor
Patrick Stahl, Vertrieb und Applikation 
für Encoder- und Mikrosysteme