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Sensorik IC-Haus zeigt neue IC-PNH-Serie

| Redakteur: Rebecca Näther

Die IC-Haus GmbH zeigt auf der Sensor+Test ihre neue IC-PNH Series: Neue „Encoder Blue“ Abtast-ICs als Phased-Arrays für hochauflösende Absolutwertgeber.

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IC-PNH im Opto-QFN-Gehäuse mit 5 mm x 5 mm Kantenlänge.
IC-PNH im Opto-QFN-Gehäuse mit 5 mm x 5 mm Kantenlänge.
(Bild: IC-Haus)

Die optischen Sensoren der neuen IC-PNH-Serie der IC-Haus GmbH benötigen eine Sensorfläche von 1,9 mm x 3,3 mm, um Drehgeber-Codescheiben abzutasten und Sinussignale in „HiFi-Qualität“ zu erzeugen. Die Auswertung übernehmen Interpolations-ICs mit einer Nonius-Berechnung, beispielsweise IC-MN oder IC-MNF, die hohe Winkelauflösungen oberhalb von 21 Bit erreichen können, auch für Codescheiben-Durchmesser von 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 die Sensoren der IC-Haus GmbH nur drei inkrementelle Nonius-Spuren sowie einen 2-Bit Gray-Code, was Bauraum einsparen und auch die Ausleuchtung vereinfachen soll. 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 (z.B. iC-TL85).

Hohe Transimpedanz-Verstärkung

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

Die 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 0,9 mm Dicke baut das verwendete Opto-QFN-Gehäuse flach und aufgrund der Kantenlänge von 5 x 5 mm wird Platinenfläche eingespart.

Absolute Positionsgeber auf Nonius-Basis als typische Anwendung

Die typische Anwendung der Sensoren 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 Encoder-Interpolator IC-MNF mit einer Interpolationsauflösung von 14 Bit beherrscht. Ein solches 2-Chip-System reduziert Systemkosten und ist für Positionsgeber eine echte Alternative mit kleinerem Formfaktor, um neue Anwendungen zu erschließen, erklärt das Unternehmen.

Separat einstellbare Signalkonditionierung in jedem Kanal

Der Encoder 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 genauer 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 (0,04 Winkelsekunden aus 360 Grad). Der im QFN48 7 x 7 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.

Erkennung typischer Sensorfehler

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.

Sensor & Test: Halle 5, Stand 5-245

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