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作者：Jonathan Colao   ADI公司应用工程师

摘要

本文介绍工业自动化领域的设计人员在设计用于电机控制的位置检测接口时面临的常见问题，即：能在速度更快、尺寸更小的应用中检测位置。利用从编码器捕获的信息以便精确测量电机位置对于自动化和机器设备的成功运行很重要。快速、高分辨率、双通道同步采样模数转换器(ADC)是此系统的重要组件。

简介

位置、速度和方向之类的电机旋转信息必须准确，以为各种新兴应用生产精准的驱动器和控制器，例如，将微型组件装配到空间有限的PCB区域中的装配机器。近来，电机控制开始走向微型化，使得医疗健康行业出现新的外科手术机器人应用，航空航天和防务领域出现新无人机应用。体积更小的电机控制器还导致工业和商业装配领域涌现新的应用。对设计人员而言，挑战在于：满足高速应用中的位置反馈传感器的高精度要求，同时将所有组件集成到有限的PCB区域内，以安装到微型封装内部，例如机械手臂。

图1.闭环电机控制反馈系统

电机控制

电机控制环路（如图1所示）主要由电机、控制器和位置反馈接口组成。电机转动旋转轴，带动机械手臂跟着移动。电机控制器管控电机何时施加力道、何时停止，或者继续转动。环路中的位置接口向控制器提供转速和位置信息。对于装配微型表贴PCB的装配机器来说，这些数据是其正常运行的关键。这些应用都需要获取关于旋转对象的准确位置测量信息。

位置传感器的分辨率必须非常高，足以准确检测电机轴的位置，拿取对应的微型组件，并将组件放置到板上的对应位置。此外，电机转速越高，所需的环路带宽越高，延迟越低。

位置反馈系统

在低端应用中，使用增量传感器和比较器可能就能够实施位置检测，但在高端应用中，则需要更加复杂的信号链。这些反馈系统包含位置传感器，之后是模拟前端信号调理、ADC，以及ADC驱动器，数据先经过它们，之后再进入数字域。其中最精确的位置传感器就是光学编码器。光学编码器由LED光源、连接到电机轴的标记圆盘和光电探测器组成。圆盘包含不透明和透明的掩码区域，可以阻隔光线或让光线通过。光电探测器检测这些光线，开/关光信号则转换为电子信号。

随着圆盘转动，光电探测器（与圆盘的模式配合）生成小的正弦和余弦信号（mV或µV等级）。这种系统是绝对位置光学编码器采用的典型系统。这些信号进入模拟信号调理电路（一般由分立式放大器或模拟PGA组成，用于获取高达1 V峰峰值范围的信号），通常是为了让ADC输入电压范围匹配最大动态范围。每个放大的正弦和余弦信号之后都被同步采样ADC的驱动放大器捕捉。

ADC的每个通道都必须支持同步采样，以便同时获取正弦和余弦数据点，由这些数据点组合提供轴的位置信息。ADC转换结果会发送给ASIC或微控制器。电机控制器在每个PWM周期中查询编码器位置，然后根据接收的指令使用该数据来驱动电机。过去，为了集成到有限的板空间中，系统设计人员必须牺牲ADC速度或通道数。

图2.位置反馈系统

优化位置反馈

随着技术不断发展，导致需要实施高精度位置检测的电机控制应用不断创新。光学编码器的分辨率可能由圆盘上精细光刻的槽数决定，通常有几百或几千个。将这些正弦和余弦信号插入到高速、高性能ADC中之后，无需对编码器圆盘实施系统变更，即可创建出分辨率更高的编码器。例如，以更低的速率对编码器的正弦和余弦信号采样时，只会捕捉到少数信号值，具体如图3所示；这会限制位置电容的精度。在图3中，当ADC以更快速率采样时，可以获取更详细的信号值，从而更精准地确定位置。ADC的高速采样速率支持过采样，进一步改善噪声性能，消除了一些数字后处理需求。与此同时，可以降低ADC的输出数据速率；也就是说，支持较慢的串行频率信号，因此简化了数字接口。电机位置反馈系统安装在电机总成上，在某些应用中，总成可能非常小巧。所以，能否装入编码器模块面积有限的PCB区域中，尺寸大小是关键。在单个微型封装中集成多个通道组件非常有利于节省空间。

图3.采样速率

光学编码器位置反馈设计示例

图4所示为适合光学编码器位置反馈系统的优化解决方案示例。此电路很容易和绝对类型的光学编码器连接，然后电路很容易捕捉来自编码器的差分正弦和余弦信号。ADA4940-2前端放大器属于双通道、低噪声全差分放大器，用于驱动AD7380,后者属于双通道、16位全差分4 MSPS同步采样SAR ADC，采用3 mm × 3 mm小型LFCSP封装。片内2.5 V基准电压源允许此电路采用最少数量的组件。ADC的VCC和VDRIVE，以及放大器驱动器的电源轨道可由LDO稳压器供电，例如LT3023和LT3032。当这些参考设计相互连接时（例如，使用一个1024槽光学编码器，在一个编码器圆盘周期中生成1024个正弦和余弦周期），16位AD7380在216个代码的各编码器槽中采样，将编码器的整体分辨率提高到26位。4 MSPS吞吐速率确保捕捉到正弦和余弦周期的详细信息，以及最新的编码器位置信息。高吞吐速率支持实施片内过采样，从而缩短数字ASIC或微控制器将精确的编码器位置反馈给电机时的时间延迟。AD7380片内过采样的另一个好处是：可以额外增加2位分辨率，可以和片内分辨率增强功能配合使用。分辨率增强功能可以进一步提升精度，最高可以达到28位。应用笔记AN-2003详细介绍了AD7380的这个过采样和分辨率增强功能。

图4.经过优化的反馈系统设计

结论

电机控制系统需要更高的精度、更高的速度，以及更高程度的微型化。光学编码器被用作电机位置检测器件。所以，在测量电机位置时，光学编码器信号链必须具备高精度。高速度、高吞吐速率ADC准确捕捉信息，然后将电机位置数据发送给控制器。AD7380的速度、密度和性能可以满足行业要求，同时在位置反馈系统中实现更高的精度，并对系统实施优化。

作者

Jonathan Colao

Jonathan Colao是ADI公司精密转换器技术部的产品应用工程师。他于2006年加入ADI公司担任产品工程师，工作地点位于菲律宾甲米地。他毕业于菲律宾卡加延德奥罗泽维尔大学，获电子工程学士学位。

英飞凌科技（马来西亚）有限公司收购了位于马六甲的电镀公司Syntronixs Asia。Syntronixs Asia成立于2006年，拥有500多名员工。该公司提供专业的精密电镀服务，自2009年以来一直是英飞凌的主要服务提供商。精密电镀是半导体生产过程中的一道关键工序，对于确保英飞凌产品的高品质和长期可靠性而言非常重要。

英飞凌科技执行副总裁Alexander Gorski表示：“英飞凌致力于采取必要的举措，不断增强我们在全球范围内的半导体生产制造。” Alexander Gorski先生负责英飞凌后道工厂的生产运营。

英飞凌科技汽车电子事业部执行副总裁兼首席运营官Thomas Kaufmann博士表示：“通过此次收购，我们在加强供应链弹性方面又迈出了重要一步”。

英飞凌在全球有13家后道工厂，其中最大的后道厂位于马六甲。

关于英飞凌

英飞凌科技股份公司是全球领先的半导体科技公司，我们让人们的生活更加便利、安全和环保。英飞凌的微电子产品和解决方案将带您通往美好的未来。2021财年（截止9月30日），公司的销售额达110.6亿欧元，在全球范围内拥有约50,280名员工。2020年4月，英飞凌正式完成了对赛普拉斯半导体公司的收购，成功跻身全球十大半导体制造商之一。

英飞凌在法兰克福证券交易所（股票代码：IFX）和美国柜台交易市场 OTCQX International Premier（股票代码：IFNNY）挂牌上市。更多信息，请访问www.infineon.com

更多新闻，请登录英飞凌新闻中心：https://www.infineon.com/cms/cn/about-infineon/press/press-releases/

英飞凌中国

英飞凌科技股份公司于1995年正式进入中国大陆市场。自1995年10月在无锡建立第一家企业以来，英飞凌的业务取得非常迅速的增长，在中国拥有约2000名员工，已经成为英飞凌全球业务发展的重要推动力。英飞凌在中国建立了涵盖研发、生产、销售、市场、技术支持等在内的完整的产业链，并在销售、技术研发、人才培养等方面与国内领先的企业、高等院校开展了深入的合作。

（文章来源：慕尼黑上海电子生产设备展）

2022年3月23-25日在上海新国际博览中心（E1-E6馆）即将拉开帷幕的2022慕尼黑上海电子生产设备展（productronica China），不仅仅满足于展示单一设备产品，而是为行业打造从材料、设备到应用技术解决方案的横跨产业上下游的专业展示平台，现场将吸引近800家电子制造行业的创新企业加入，展会规模将达70,000平方米，预计吸引80,000名专业观众莅临现场。先进封装技术、汽车电子制造及装配、智能仓储物流方案、模组制造及封装、智能检测、数字化转型等等这些话题都将成为2022年慕尼黑上海电子生产设备展的亮点，专业观众可以一站式、完整、高效地掌握智能制造与电子创新全产业链上的全球前沿技术与产品。

聚焦“智能+”概念，SMT智慧工厂创新演示区网罗前沿创新解决方案

2022慕尼黑上海电子生产设备展览会期间，Fuji富士、Yamaha雅马哈、Panasonic松下、一实、韩华、Mycronic迈康尼、Europlacer优而备智、Ersa德国埃莎、Rehm锐德热力、Nordson诺信、快克、德森精密、Alpha、安达、JBC、华加美、铟泰等SMT行业前沿企业将以更大的展示面积、更创新的产品和技术，充分演绎各自的智慧工厂解决方案。

此外，展会将打造SMT智慧工厂创新演示区以整线设备的方式，现场演绎电子生产制造的全过程。慕尼黑上海电子生产设备展览会将更多技术方案以场景化的方式呈现给中国电子制造行业，以启发专业观众的创新灵感。

“双碳”主旋律下，新能源汽车线束加工备受瞩目——Komax线束加工智慧工厂创新演示区全新亮相

全球多国已承诺在2050或2060年实现“碳中和”，而燃油车排放是全球温室气体的重要来源(约占10%)，新能源车成为减排重要一环，这也使得线束加工及连接器制造展区成为近年来备受瞩目的展区之一。值得一提的是2022慕尼黑上海电子生产设备展览会将联手Komax全新打造“Komax线束加工智慧工厂创新演示区”，为观众带来沉浸式场景化展示线束数字化、智能化生产和灵活加工的真实体验。

Komax库迈思、索铌格、TE 泰科、嘉睦、Schunk、新明和、海普锐、君权、博之旺、鹤壁海昌、凯睦、瀚川、索路、浩锐拓、爱思通等线束生产行业巨头也将齐聚一堂。在展会期间推出新研发的自动化线束加工设备与自动化生产技术，各家的创新解决方案和强大技术支持将帮助线束客户实现数字化、智能化生产和灵活加工，在提升生产效率的同时，为企业赢得更多的发展机遇。

聚焦智慧工厂柔性“智”造新趋势，众自动化“大咖”前来报道

2022慕尼黑上海电子生产设备展览会将更全面地汇聚工业自动化企业，面对不断增长的产品定制化和个性化需求，展会将聚集一批国内外优秀的机器人企业。ABB、发那科、雅马哈、优傲、MiR、斯坦德、节卡、珞石、遨博、迦智、新松、艾利特、仙工、派迅、新时达、国自机器人等将齐聚一堂，展望人机协作可期未来。

自动化与运动控制主题展区则集合了费斯托、上银、Beckhoff、贝加莱、倍加福、山洋电气、研华、鸣志、亚德客、大族、雷赛智能、台达、邦纳、阿尔伯特、科瑞等行业优秀企业。

“AI+大数据”赋能产线检测能力，保障智慧工厂高品质生产

深度学习算法和AI+大数据技术正广泛应用于工业检测领域。2022慕尼黑上海电子生产设备展览会打造的测试测量与质量保证专区将汇聚JUKI、善思、依科视朗、伊藤忠、Takaya、得永、镭晨、神州视觉、振华兴、德中、英尚、日联、蓝眼、微米测量、三英精密等优秀企业，集中展示SPI、AOI等产线检测设备，提升生产制造的效率及产品品质，助力企业工厂实现柔性化生产。

5G、AIoT新时代，驱动SiP微组装技术发展——"微组装科技园"2022展会华丽首秀

随着小型化、轻量级、高工作频率、高可靠性的电子产品不断占据消费市场，电子元器件也逐步进入了高密度、高功能、微型化、多引脚、狭间距的发展阶段，对微组装技术的要求越来越高。2022慕尼黑上海电子生产设备展览会现场将携手电子微组装设备厂商们，敏锐把握行业发展的脉络，加速提升设备的精度和生产的良率，隆重推出“微组装科技园”，打造聚焦Micro LED/Mini LED显示芯片、手机微型元器件、MEMS器件、射频器件、微波器件和混合电路等应用领域的微组装全线设备及解决方案供应商专区。

2022展会也将打造更为全面的点胶技术展示交流平台，点胶注胶行业的众多前沿企业如诺信、肖根福罗格、比德利、武藏、普思玛、德派、维世科、marco、轴心、天准、和利时、世椿、康尼格、高凯、铭赛、威准、腾盛、恒湖、汉狮等，电子化工材料企业如汉高、陶氏化学、富乐、信越、威孚、德路、好乐、ITW、特可锐、肯创力、Texwipe、迈图、万华化学、硅宝、回天、浡德缪乐、道生天合、花王、利隆、汉司等优秀企业将集中展示点胶注胶及胶粘剂的新技术和产品，为3C、汽车、医疗等领域的电子行业客户带来丰富的整体创新解决方案。

连场技术高峰论坛聚焦行业新趋势，共商电子智能制造发展大计

2022慕尼黑上海电子生产设备展览会期间还将举办多场具前瞻性的同期活动：“工业机器人革新与电子‘智’造高峰论坛”、“柔性制造与智慧物流发展大会”、“2022新能源汽车线束加工及连接技术高峰论坛”、“"新四化"背景下，智能汽车座舱及汽车电子制造高峰论坛”、“新能源汽车快速充电技术与充电桩制造技术大会” 、“2022电子智能制造与前沿技术高峰论坛”、“柔性与印刷电子产业前瞻高峰论坛”、“SiP封装及微组装产业创新升级与产业融合高峰论坛”、“精密点胶工艺与胶粘剂创新应用大会”将邀请国内外不同应用行业的电子制造专家为中国市场解读未来发展趋势。

展位有限，先到先得。赶紧扫描下方二维码进行在线参展报名吧！2022年3月23-25日，上海新国际博览中心，让我们再度相约，见证电子制造行业再发展！

“嗨，我是由中智卫安和柔宇科技的哥哥姐姐一起研发的光触媒空气消毒机器人。不要看我外表憨憨，我可是能有效对抗主流100多种流行性病毒的新一代智能机器人哦！”近日，在2021中国企业家博鳌论坛上，几台憨态可掬的AI机器人在人群中自由穿梭，一边通过语音自我介绍，一边利用光触媒空气消毒技术对空气溶胶和物体表面进行无察觉的全面消毒。

2021中国企业家博鳌论坛由新华社民族品牌工程办公室、新华网、新华社新闻信息中心、中国经济信息社等单位联合主办，汇聚了一批优秀的民族品牌共商发展大计。自2016年举办以来，论坛持续致力于前瞻产业发展前景、共享先进理念和创新模式，已成为政企学界交流合作的高端平台。一些自主创新的民族品牌高科技产品，也在本次博鳌论坛上纷纷亮相甚至直接应用。例如柔宇科技提供的柔性电子铭牌，在会场替代传统的纸质打印铭牌直接显示嘉宾姓名，柔宇与中智卫安合作推出的空气消毒机器人用于会场提供空气消毒等。

柔宇科技创始人、董事长兼CEO刘自鸿在论坛演讲中表示：“人机交互、人工智能、万物互联是产业数字化发展的三个核心关键领域。柔性电子作为一种全新的人机交互方式，可以附着于任何物体的表面，电子器件不再受到物体形状、体积和材料的限制，足以赋能各行各业，加速数字化转型，可以让人们更好的感知世界。”

“让人们更好的感知世界”是柔宇自主研发柔性电子技术的初心。与其他显示企业从刚性OLED屏幕过渡到柔性OLED不同，柔宇自2012创立之初就立足于柔性电子，自主研发超低温非硅制程集成技术（ULT-NSSP）路线，并在2014年推出全球第一块0.01毫米全柔性显示屏，引发业界轰动。随后，柔宇在没有任何参考的技术“无人区”里，独立设计并建成了全球第一条基于ULT-NSSP的全柔性屏大规模量产线，并于2018年实现了大规模量产。在技术应用方面，柔宇先后推出了全球第一台消费级折叠屏手机FlexPai以及极具性价比的FlexPai 2，将折叠屏手机率先推入市场并推动普及。目前，柔宇科技已经布局智能移动终端、文娱传媒、运动时尚、智能家居、办公教育、智能交通等六大行业，与全球500多家企业建立了合作关系。

据了解，本次2021博鳌论坛亮相的光触媒空气消毒机器人搭载了柔宇第三代蝉翼全柔性屏，造型更加优雅、灵动，交互界面更丰富，与搭载普通液晶屏的机器人相比，重量更轻、运动更灵活，支持自主智能避障执行消毒工作，也可按照预约定制消毒路线、时间、方案。它采用氢氧自由基离子灭活病毒，能够同时杀灭空气溶胶病毒和物体表面病毒，实现立体防护，全面优于紫外线光、等离子、臭氧等消毒方式。不同于传统雾化消毒机器人，这款消毒机器人能实现人机共存的工作消毒方式，能自主监测空气质量，自助匹配清洁方案。通过沉降地面消毒、空气消毒，结合光触媒的无接触、无风险消毒属性，能对抗空气中的PM2.5-PM10，以及主流100多种流行性病毒，适用于2000-5000平米复杂环境，灭杀率可达99.9%，适合医院、写字楼、酒店、机场、交通枢纽等各种室内公共空间。

中智卫安CEO 涂静一先生表示：”柔宇是柔性电子的开创者，柔宇第三代蝉翼柔性屏为中智机器人提供了更好的人机交互平台，让我们的产品在竞争中独具优势。柔性屏和AI机器人的配搭，将延伸出巨大的应用空间。我们很赞同刘自鸿博士对数字化未来的洞察，期待未来在更多领域中与柔宇合作。”