PositionManger介绍及旋转变压器软件解码介绍第一部分

大家好 欢迎大家参加TI工业研讨会

我是TI Century FAE Igor An

主要负责电机控制 和数字电源解决方案

下面部分由我来给大家介绍

TI在电机位置控制系统中 有哪些芯片、算法

和成套方案可供大家选择

帮助大家推进项目开发

这里大家看到的

是C2000系列产品

对于功能安全方面的需求做出的考量

在新一代的C2000产品中

就是我们发布不久的07X系列

37X系列以及未来即将发布的 004X系列产品中

都引入了功能安全相关需求的考量

这样客户就可以 用C2000系列产品

对自己的产品进行功能安全的认证

那我们最高可以达到的认证等级是

ISO262的SOD的最高的安全等级

同时我们也会为客户 过认证提供相关必要的文件支持

像我们的safety manual

FMEDA等等这些资料

TI有一个专门的safe TI的一个网页

就在TI.com上面有一个safe TI的网页

有非常丰富的TI 所能提供的功能安全

以及安全相关的 各方面的文件和软件支持

大家感兴趣可以到TI的官网查询

那我们在这里看到 就是我们

最新产品里面一个 37xD系列芯片的内部结构

那我们从内部结构上

它有非常多的重复外设

或者叫备份外设

一部分的考虑也是 为了实现安全功能的相关需求

同时我们所有的内存

Flash、RAM加寄存器

都有集成ECC的自动校验

还有这个功能

这也是功能方面 的必要的一个要求

前面一部分我为大家介绍了

Design Drive硬件电路板 的一些相关内容

同时还有一些和Position Manager 相关的C2000的一些特性

下面开始我们将着重介绍

Position Manager内部的 一些结构和相关软件

Position Manager正如前面 给大家介绍的

它是一个用类似于软件解码的方式

去替代传统的专用解码芯片

去解调各种绝对位置编码盘

还有旋转编码器

这类位置传感器的角度和位置信息

之所以讲它是类似于软件库的形式

只是大家用起来像是在烧一个软件库

实际上它真正的实现方式

我们之前在几页里面已经介绍了

它其实是类似于FEJ 的一部分的功能去实现的

因为它可以实现非常快的 计算速度和响应速度

保证我们的运算速度和精度

那我们Position Manager 从应用的solution的角度

它主要的优点就是

第一是我们可以节省 您非常多的开发时间

因为我们把这一部分功能

有TI的员工进行了设计 测试以及验证

节省了您的开发时间

同时由于节省了专用的解码芯片

让我们在硬件成本上做了节省

作为几个特定设计的软件库

我们对当前工业界应用的主流的

绝对位置传感器的 类型和通讯协议

进行了设计

那目前我们支持的 传感器类型和协议

主要是旋转编码器

resolver 还有sin、cos的传感器

QEP还有T-format就是 （听不清）的绝对位置传感器

BISS-C 还有EnDAT2.2

这些主流的传感器协议

我们外围电路加软件协议

解码 我们现在都是支持的

这些协议目前是在我们这个

F28379D、F28379S MCU上 进行测试和验证

这张表格向大家展示了 我们主要的

几种通讯协议的 测试条件和测试结果

一些的测试速率

像BISS-C我們只到5M

那传感器到 我们EVN板的这个线的

长度我们测试了100米

这个在很多应用中也是比较关键的

性能和指标

有一些应用场合中

绝对位置传感器 就是电机所处的位置

和控制板位置的距离 还是相对比较长的

在Position Manager所支持的 各种位置传感器的解码实现中

我们将为大家着重介绍 旋转编码器的解码实现

不同于Position Manager 所支持的其他

位置传感器的解码

旋转编码器的解码

并没有使用到COB的单元

就是我们之前提到的类似于

内嵌的MPJ功能单元

而它只是用到了

如我们下图所示的这个

一路DAC 两路ADC

就可以了

同时 我们已经 预编译好了一个运算库

这个运算库主要是 把采集进来的信号进行解码

从而得到实际电机的转子信息

所以理论上来讲

它可以平行移植到 C2000的任何芯片上

这里简单的介绍一下

旋转变压器的工作原理

在定子侧有两个垂直90度的线圈

在转子上和转子固定在一起

随着转子共同转动有一个线圈

在定子侧 我们

有一个激励信号

转子在旋转的时候

会感应到激励信号

同时包含了转子的位置信息

那我们在定子侧就可以看到

和转子位置信息相关的 正弦调整好的信号

那我们需要做的就是把这个

调制了高频调制信号的 角度信息提取出来

这就是我们Position Manager 或者是我们

旋转变压器的解码库

需要做的工作

在旋转变压器 到我们C2000之间

我们需要一个硬件调理电路

这也是我们之前 在Design Driver EVN板上所看到的

会需要有一个 硬件的外围支持电路

那它所实现的主要功能

主要是先把C2000发出的激励信号

传递给我们的旋转变压器

那这种传递一种 我们可能有频率的变化

另外可能有电压幅值上的变化

在一点就是 把旋转变压器反馈回来的

正弦sin、cos的信号

传递给C2000的AD短脚

这里我们知道 C2000的AD是0到3.3V

但正弦信号可能是有一个正负的

所以我们经过模拟前端的调理

可能要把加了一个 直流的offset在上面

能满足C2000的AD采样要求

那这部分呢

实际上是我们在Design Driver 这个EVN板的原理图上

截下来的一张图

Design Driver整个板的原理图

PCB、（听不清） 以及在这个EVN板上所跑的

跟Position Manager相关 和电机控制相关的参考代码

都是完全公开的

大家可以随时去TI的官网 下载ControlSUITE

其中有一个iddk的文件包

这些信息就是 完全open source公开给大家的

大家随时可以去下载去看

从这个电路上我们看出

这一部分就是我们的激励信号

所要用的电路

下面就是sin、cos 两路的采样信号

同时我们造了一个1.6V的上拉

来保证我们sin、cos 有一个直流偏置

来满足0到3.3V的采样要求

从这个电路上来看

它要求的外围 这个电路非常简单

这也是从侧面印证了

我们刚才所说的

和用专用芯片去解码相比

我们这套旋转变压器的解码方案

它的硬件成本上大大做出了节省

那次是我们可能会有 另外一个疑问产生出来

就是我这个硬件成本节省了

那它的性能会不会受到影响

下面几页我们会针对这个问题

给大家详细介绍一下我们是如何

用软件的方式 去实现旋转变压器的解码

让大家对我们整个方案

有一个更加深入的认识

从而帮助大家更好的 去评估和分析这套方案

尤其是去评估它的性能

和专用解码芯片相比

有哪些它自己独特的地方

从而帮助您更好的评估和选择

不同的方案

大家好 欢迎大家参加TI工业研讨会

我是TI Century FAE Igor An

主要负责电机控制 和数字电源解决方案

下面部分由我来给大家介绍

TI在电机位置控制系统中 有哪些芯片、算法

和成套方案可供大家选择

帮助大家推进项目开发

这里大家看到的

是C2000系列产品

对于功能安全方面的需求做出的考量

在新一代的C2000产品中

就是我们发布不久的07X系列

37X系列以及未来即将发布的 004X系列产品中

都引入了功能安全相关需求的考量

这样客户就可以 用C2000系列产品

对自己的产品进行功能安全的认证

那我们最高可以达到的认证等级是

ISO262的SOD的最高的安全等级

同时我们也会为客户 过认证提供相关必要的文件支持

像我们的safety manual

FMEDA等等这些资料

TI有一个专门的safe TI的一个网页

就在TI.com上面有一个safe TI的网页

有非常丰富的TI 所能提供的功能安全

以及安全相关的 各方面的文件和软件支持

大家感兴趣可以到TI的官网查询

那我们在这里看到 就是我们

最新产品里面一个 37xD系列芯片的内部结构

那我们从内部结构上

它有非常多的重复外设

或者叫备份外设

一部分的考虑也是 为了实现安全功能的相关需求

同时我们所有的内存

Flash、RAM加寄存器

都有集成ECC的自动校验

还有这个功能

这也是功能方面 的必要的一个要求

前面一部分我为大家介绍了

Design Drive硬件电路板 的一些相关内容

同时还有一些和Position Manager 相关的C2000的一些特性

下面开始我们将着重介绍

Position Manager内部的 一些结构和相关软件

Position Manager正如前面 给大家介绍的

它是一个用类似于软件解码的方式

去替代传统的专用解码芯片

去解调各种绝对位置编码盘

还有旋转编码器

这类位置传感器的角度和位置信息

之所以讲它是类似于软件库的形式

只是大家用起来像是在烧一个软件库

实际上它真正的实现方式

我们之前在几页里面已经介绍了

它其实是类似于FEJ 的一部分的功能去实现的

因为它可以实现非常快的 计算速度和响应速度

保证我们的运算速度和精度

那我们Position Manager 从应用的solution的角度

它主要的优点就是

第一是我们可以节省 您非常多的开发时间

因为我们把这一部分功能

有TI的员工进行了设计 测试以及验证

节省了您的开发时间

同时由于节省了专用的解码芯片

让我们在硬件成本上做了节省

作为几个特定设计的软件库

我们对当前工业界应用的主流的

绝对位置传感器的 类型和通讯协议

进行了设计

那目前我们支持的 传感器类型和协议

主要是旋转编码器

resolver 还有sin、cos的传感器

QEP还有T-format就是 （听不清）的绝对位置传感器

BISS-C 还有EnDAT2.2

这些主流的传感器协议

我们外围电路加软件协议

解码 我们现在都是支持的

这些协议目前是在我们这个

F28379D、F28379S MCU上 进行测试和验证

这张表格向大家展示了 我们主要的

几种通讯协议的 测试条件和测试结果

一些的测试速率

像BISS-C我們只到5M

那传感器到 我们EVN板的这个线的

长度我们测试了100米

这个在很多应用中也是比较关键的

性能和指标

有一些应用场合中

绝对位置传感器 就是电机所处的位置

和控制板位置的距离 还是相对比较长的

在Position Manager所支持的 各种位置传感器的解码实现中

我们将为大家着重介绍 旋转编码器的解码实现

不同于Position Manager 所支持的其他

位置传感器的解码

旋转编码器的解码

并没有使用到COB的单元

就是我们之前提到的类似于

内嵌的MPJ功能单元

而它只是用到了

如我们下图所示的这个

一路DAC 两路ADC

就可以了

同时 我们已经 预编译好了一个运算库

这个运算库主要是 把采集进来的信号进行解码

从而得到实际电机的转子信息

所以理论上来讲

它可以平行移植到 C2000的任何芯片上

这里简单的介绍一下

旋转变压器的工作原理

在定子侧有两个垂直90度的线圈

在转子上和转子固定在一起

随着转子共同转动有一个线圈

在定子侧 我们

有一个激励信号

转子在旋转的时候

会感应到激励信号

同时包含了转子的位置信息

那我们在定子侧就可以看到

和转子位置信息相关的 正弦调整好的信号

那我们需要做的就是把这个

调制了高频调制信号的 角度信息提取出来

这就是我们Position Manager 或者是我们

旋转变压器的解码库

需要做的工作

在旋转变压器 到我们C2000之间

我们需要一个硬件调理电路

这也是我们之前 在Design Driver EVN板上所看到的

会需要有一个 硬件的外围支持电路

那它所实现的主要功能

主要是先把C2000发出的激励信号

传递给我们的旋转变压器

那这种传递一种 我们可能有频率的变化

另外可能有电压幅值上的变化

在一点就是 把旋转变压器反馈回来的

正弦sin、cos的信号

传递给C2000的AD短脚

这里我们知道 C2000的AD是0到3.3V

但正弦信号可能是有一个正负的

所以我们经过模拟前端的调理

可能要把加了一个 直流的offset在上面

能满足C2000的AD采样要求

那这部分呢

实际上是我们在Design Driver 这个EVN板的原理图上

截下来的一张图

Design Driver整个板的原理图

PCB、（听不清） 以及在这个EVN板上所跑的

跟Position Manager相关 和电机控制相关的参考代码

都是完全公开的

大家可以随时去TI的官网 下载ControlSUITE

其中有一个iddk的文件包

这些信息就是 完全open source公开给大家的

大家随时可以去下载去看

从这个电路上我们看出

这一部分就是我们的激励信号

所要用的电路

下面就是sin、cos 两路的采样信号

同时我们造了一个1.6V的上拉

来保证我们sin、cos 有一个直流偏置

来满足0到3.3V的采样要求

从这个电路上来看

它要求的外围 这个电路非常简单

这也是从侧面印证了

我们刚才所说的

和用专用芯片去解码相比

我们这套旋转变压器的解码方案

它的硬件成本上大大做出了节省

那次是我们可能会有 另外一个疑问产生出来

就是我这个硬件成本节省了

那它的性能会不会受到影响

下面几页我们会针对这个问题

给大家详细介绍一下我们是如何

用软件的方式 去实现旋转变压器的解码

让大家对我们整个方案

有一个更加深入的认识

从而帮助大家更好的 去评估和分析这套方案

尤其是去评估它的性能

和专用解码芯片相比

有哪些它自己独特的地方

从而帮助您更好的评估和选择

不同的方案