Interfaccia codificatore v4.2
Guida per l'utente

Introduzione

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L'encoder incrementale è il sensore più comune utilizzato per il controllo orientato al campo (FOC) di motori CC senza spazzole a magneti permanenti (BLDC) o motori sincroni a magneti permanenti (PMSM). Questo sensore fornisce la posizione angolare relativa come uscita sotto forma di impulsi. Un encoder in quadratura produce tipicamente due uscite, che hanno gli impulsi sfasati di 90°, come mostrato nella Figura 1. Lo sfasamento tra i due segnali A e B rappresenta la direzione di rotazione. La logica dell'interfaccia dell'encoder utilizza il rilevamento del fronte sul fronte di salita e sul fronte di discesa di A e B, come mostrato nella Figura 2. Ciò fornisce una risoluzione quattro volte superiore alla risoluzione dell'encoder e produce una risoluzione molto elevata da un encoder a basso costo.
La figura seguente mostra i segnali dell'encoder in senso orario e antiorario.
Figura 1. Segnali dell'encoder nelle direzioni in senso orario e antiorarioLa figura seguente mostra il rilevamento dei fronti degli impulsi dell'encoder per una risoluzione più elevata.
Figura 2. Rilevamento dei fronti degli impulsi dell'encoder per una risoluzione più elevataDopo il rilevamento del bordo, i contatori vengono utilizzati per ottenere una posizione angolare del rotore in termini di angolo elettrico in modo che possa essere utilizzata direttamente per il FOC. Il valore Angle_count_max rappresenta il numero totale di bordi che verranno rilevati in una rotazione meccanica del rotore. L'output dell'angolo varia da 0 a 262143, dove 262143 rappresenta 360°. La variazione dell'angolo di uscita rispetto ai bordi è mostrata in Figura 3 per velocità positiva e Figura 4 per velocità negativa. La velocità in uscita viene calcolata in base alla velocità di variazione della posizione angolare.

Per configurare l'interfaccia dell'encoder vengono utilizzati tre parametri:

La figura seguente mostra l'uscita Theta per la direzione positiva.
Figura 3. Uscita theta per direzione positivaLa figura seguente mostra l'uscita Theta per la direzione negativa.

Figura 4. Uscita theta per la direzione negativa

Riepilogo (Fai una domanda)
La tabella seguente fornisce un riepilogo delle caratteristiche IP dell'interfaccia dell'encoder.

Versione principale	Questo documento si applica all'interfaccia Encoder v4.2.
Famiglie di dispositivi supportate	• SoC PolarFire® • PolarFire •RTG4™ •IGLOO®2 • SmartFusion®2
Flusso di strumenti supportato	Richiede Libero® SoC v11.8 o versioni successive.
Licenza	Per il core viene fornito il codice RTL crittografato completo, consentendo di istanziare il core con SmartDesign. Simulazione, sintesi e layout possono essere eseguiti con il software Libero. Encoder Interface viene concesso in licenza con RTL crittografato che deve essere acquistato separatamente. Per ulteriori informazioni, vedere Interfaccia codificatore.

Caratteristiche (Fai una domanda)
L'interfaccia dell'encoder presenta le seguenti caratteristiche principali:

• Calcola la posizione angolare relativa
• Calcola l'uscita di velocità filtrata

Implementazione di IP Core in Libero Design Suite (Fai una domanda)
L'IP core deve essere installato nel catalogo IP del software Libero® SoC. Ciò avviene automaticamente tramite la funzione di aggiornamento del catalogo IP nel software Libero SoC, oppure il core IP può essere scaricato manualmente dal catalogo.
Una volta installato il core IP nel catalogo IP del software Libero SoC, il core può essere configurato, generato e istanziato all'interno dello strumento SmartDesign per l'inclusione nell'elenco dei progetti Libero.
Utilizzo e prestazioni del dispositivo (Fai una domanda)
La tabella seguente elenca l'utilizzo del dispositivo utilizzato per l'interfaccia encoder.
Tabella 1. Utilizzo dell'interfaccia dell'encoder

Dettagli del dispositivo		Risorse		Prestazioni (MHz)	RAM		Blocchi matematici	Chip Globali
Famiglia	Dispositivo	LUT	DFF		LSRAM	µSRAM
SoC PolarFire®	MPFS250T	398	285	200	0	0	2	0
Fuoco Polare	MPF300T	387	285	200	0	0	2	0
Smart Fusion® 2	M2S150	400	285	140	0	0	2	0

Importante: 

1. I dati in questa tabella vengono acquisiti utilizzando le tipiche impostazioni di sintesi e layout. La sorgente del clock di riferimento CDR è stata impostata su Dedicato con gli altri valori del configuratore invariati.
2. Il clock è vincolato a 200 MHz durante l'esecuzione dell'analisi dei tempi per ottenere i numeri delle prestazioni.

Descrizione funzionale

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La figura seguente mostra lo schema a blocchi dell'interfaccia dell'encoder.
Figura 1-1. Diagramma a blocchi a livello di sistema dell'interfaccia dell'encoder

Il blocco di interfaccia dell'encoder converte i segnali ricevuti da QA, QB nell'angolo e nella velocità corrispondenti. Il blocco conta i fronti dell'encoder fino al raggiungimento del valore corner_count_max_i e poi ricomincia a contare da zero. L'angolo generato viene scalato a 262144 moltiplicandolo per Angle_factor_i. La velocità viene misurata contando il numero di eventi dell'encoder in un periodo di tempo costante definito dall'ingresso speed_window_i. Un filtro viene utilizzato per filtrare il rumore di quantizzazione dalla misurazione della velocità. La costante di tempo del filtro può essere configurata utilizzando il valore filter_factor_i utilizzando la seguente equazione:
Costante di tempo del filtro = periodo di tempo tra impulsi successivi di pwm midmatch _ i × 2 filter_factor_i

L'ingresso sensor_reset_i viene utilizzato per trovare l'angolo elettrico del motore iniettando corrente costante per una breve durata.
Quando il motore si è allineato all'angolo iniettato, l'uscita dell'encoder viene inizializzata con 90° o 270° in base alla direzione di rotazione iniziale. Si prevede che il conteggio dei fronti dell'encoder inizi dopo il rilevamento del fronte di discesa dell'ingresso sensor_reset_i.
L'ingresso clear_buffer_i può essere utilizzato per ripristinare il buffer del filtro, poiché è previsto che il buffer del filtro venga ripristinato quando il motore si ferma.
L'ingresso Direction_config_i viene utilizzato per rilevare inizialmente la direzione del motore. Una volta che il motore inizia a funzionare, la direzione del motore viene rilevata dai segnali dell'encoder e utilizzata per generare l'angolo.

Parametri di interfaccia dell'encoder e segnali di interfaccia

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Questa sezione descrive i parametri nel configuratore della GUI dell'interfaccia encoder e i segnali I/O.

2.1 Segnali di ingressi e uscite (Fai una domanda)
La tabella seguente elenca le porte di ingresso e uscita dell'interfaccia encoder.

Nome del segnale	Direzione	Descrizione
reimposta_i	Ingresso	Segnale di reset asincrono basso attivo
sys_clk_i	Ingresso	Orologio di sistema
fil_trig_i	Ingresso	Ingresso trigger filtro. A questo ingresso deve essere fornito un impulso di temporizzazione della durata di un ciclo di clock. La periodicità dell'impulso determina la sampling tempo.
direzione_config_i	Ingresso	Bit di configurazione della direzione: utilizzato al momento della calibrazione per allineare il rotore. Quando 1, allinea il rotore per l'avvio in senso antiorario o quando 0, allinea il rotore per l'avvio in senso orario.
clear_buffer_i	Ingresso	Cancella generalmente il buffer del filtro quando il motore è fermo. È necessario immettere un impulso della durata di un ciclo di clock ogni volta che il motore si arresta.
sensore_reset_i	Ingresso	Segnale di ripristino del sensore: Quando impostato su 1, l'angolo del rotore viene reimpostato sull'equivalente di 90° o 270° come determinato dall'input Direction_config_i. Quando impostato su 0 (zero), funzionamento normale.
qa_io	Ingresso	Ingresso encoder A
qb_io	Ingresso	Ingresso encoder B
fattore_velocità_i	Ingresso	Moltiplicatore di scala dell'uscita della velocità
fattore_angolo_i	Ingresso	Moltiplicatore di scala dell'uscita angolare
angolo_count_max_i	Ingresso	Valore massimo del conteggio dell'angolo in termini di eventi di impulso dell'encoder.
velocità_finestra_i	Ingresso	La finestra temporale per il calcolo della velocità, specificata in multipli di 10 µs. Una finestra temporale più ampia offre una migliore risoluzione della velocità ma ha una latenza più elevata. Per una risposta ad alta velocità dinamica è necessario utilizzare una finestra temporale più piccola.
fattore_filtro_i	Ingresso	Valore del fattore di filtro per il filtro: se il valore è n, la costante di tempo del filtro è 2^n volte samptempo di utilizzo del filtro definito da filt_trig_i.
dir_o	Produzione	Segnale di direzione generato in base ai segnali di ingresso dell'encoder.
velocità_fatta_o	Produzione	Indica che il calcolo della velocità è pronto per il filtraggio (alla fine della finestra di velocità). Viene generato un impulso della durata di un ciclo sys_clk_i.
filtro_velocità_fatto_o	Produzione	Indica che l'uscita della velocità dopo che il filtraggio è valido (sulla porta di uscita omega_out_o). Viene generato un impulso della durata di un ciclo sys_clk_i.
omega_fuori_o	Produzione	Uscita velocità rotore dopo il filtraggio – adatta per l'uso come feedback di velocità nel funzionamento con controllo della velocità.
angolo_esterno_o	Produzione	Uscita angolare elettrica adatta per FOC.
conteggio_linee	Produzione	Specifica la posizione del rotore in termini di numero di linee dell'encoder (incrementi) dall'ultimo reset del sensore. Adatto per l'uso con operazioni di controllo della posizione.

Diagrammi di temporizzazione

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Questa sezione illustra il diagramma temporale dell'interfaccia dell'encoder.
La figura seguente mostra il diagramma temporale dell'interfaccia dell'encoder.
Figura 3-1. Diagramma temporale dell'interfaccia dell'encoder

Banco di prova

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Per verificare e testare l'interfaccia dell'encoder viene utilizzato un testbench unificato chiamato testbench utente. Viene fornito Testbench per verificare la funzionalità dell'IP dell'interfaccia dell'encoder.

4.1 Simulazione (Fai una domanda)
I passaggi seguenti descrivono come simulare il core utilizzando il testbench:

1. Aprire Libero SoC, fare clic sulla scheda Catalogo, quindi fare clic su Soluzioni-MotorControl.
2. Fare doppio clic su Interfaccia codificatore e quindi fare clic su OK. La documentazione associata all'IP è elencata in Documentazione.
   Importante: Se non vedi la scheda Catalogo, fai clic su View, aprire il menu Windows, quindi fare clic su Catalogo per renderlo visibile.
   Figura 4-1. Core IP dell'interfaccia encoder nel catalogo Libero SoC
3. Nella scheda Stimulus Hierarchy, fare clic su testbench (encoder_interface_tb.v), puntare su Simulate PreSynth Design, quindi fare clic su Open Interactively.

Importante: Se non vedi la scheda Gerarchia degli stimoli, fai clic su View, aprire il menu Windows, quindi fare clic su Gerarchia degli stimoli per renderlo visibile.

Figura 4-2. Simulazione del design di pre-sintesi

ModelSim si apre con il banco di prova file come mostrato nella figura seguente.

Figura 4-3. Finestra di simulazione ModelSim

Importante: Se la simulazione viene interrotta a causa del limite di runtime specificato nel file .do file, utilizzare il comando run -all per completare la simulazione.

Cronologia delle revisioni

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La cronologia delle revisioni descrive le modifiche implementate nel documento. Le modifiche sono elencate per revisione, a partire dalla pubblicazione più recente.

Tabella 5-1. Cronologia delle revisioni

Revisione	Data	Descrizione
A	03/2023	Di seguito l'elenco delle modifiche apportate alla revisione A del documento: • Migrato il documento al modello Microchip. • Aggiornato il numero del documento a DS00004913A da 50200659. • Aggiunto 3. Diagrammi temporali. • Aggiunto 4. Banco di prova.
3.0	—	Di seguito è riportato un riepilogo delle modifiche apportate a questa revisione: • Aggiunta la versione IP al titolo del documento. • Aggiunti i segnali di uscita speed_done_o e speed_filter_done_o. • Rimosso la sezione relativa ai parametri di configurazione dall'implementazione hardware.
2.0	—	Aggiornato il documento con i nuovi segnali di output.
1.0	—	La revisione 1.0 è stata la prima pubblicazione di questo documento.

Supporto FPGA per microchip

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Il gruppo di prodotti Microchip FPGA supporta i propri prodotti con vari servizi di supporto, tra cui Servizio clienti, Centro assistenza tecnica clienti, a websito e uffici vendite in tutto il mondo. Si consiglia ai clienti di visitare le risorse online di Microchip prima di contattare l'assistenza poiché è molto probabile che le loro domande abbiano già ricevuto risposta.
Contattare il Centro di assistenza tecnica tramite il websito a www.microchip.com/support. Menziona il numero di parte del dispositivo FPGA, seleziona la categoria di custodia appropriata e carica il design files durante la creazione di un caso di supporto tecnico.
Contatta il servizio clienti per assistenza non tecnica sui prodotti, ad esempio prezzi dei prodotti, aggiornamenti dei prodotti, informazioni sull'aggiornamento, stato dell'ordine e autorizzazione.

• Dal Nord America, chiamare 800.262.1060
• Dal resto del mondo, chiamare il 650.318.4460
• Fax, da qualsiasi parte del mondo, 650.318.8044

Informazioni sul microchip

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Il microchip Websito (Fai una domanda)

Microchip fornisce supporto online tramite il nostro websito a www.microchip.com/. Questo webil sito è utilizzato per fare filee informazioni facilmente accessibili ai clienti. Alcuni dei contenuti disponibili includono:

• Supporto prodotto – Schede tecniche ed errata, note applicative e sampprogrammi, risorse di progettazione, guide per l'utente e documenti di supporto hardware, ultime versioni software e software archiviato
• Supporto tecnico generale – Domande frequenti (FAQ), richieste di supporto tecnico, gruppi di discussione online, elenco dei membri del programma dei partner di progettazione Microchip
• Affari di Microchip – Guide per la selezione e l'ordinazione dei prodotti, ultimi comunicati stampa di Microchip, elenco di seminari ed eventi, elenco di uffici vendita, distributori e rappresentanti di fabbrica di Microchip

Servizio di notifica di modifica del prodotto (Fai una domanda)
Il servizio di notifica delle modifiche ai prodotti di Microchip aiuta a mantenere i clienti aggiornati sui prodotti Microchip. Gli abbonati riceveranno una notifica via e-mail ogni volta che ci sono modifiche, aggiornamenti, revisioni o errata relativi a una specifica famiglia di prodotti o strumento di sviluppo di interesse.
Per registrarsi, andare su www.microchip.com/pcn e segui le istruzioni per la registrazione.

Assistenza clienti (Fai una domanda)
Gli utenti dei prodotti Microchip possono ricevere assistenza attraverso diversi canali:

• Distributore o rappresentante
• Ufficio Commerciale Locale
• Ingegnere di soluzioni integrate (ESE)
• Supporto tecnico

I clienti devono contattare il loro distributore, rappresentante o ESE per ricevere supporto. Sono disponibili anche uffici vendite locali per aiutare i clienti. Un elenco di uffici vendite e sedi è incluso in questo documento.
Il supporto tecnico è disponibile tramite websito a: www.microchip.com/support

Funzionalità di protezione del codice dei dispositivi a microchip (Fai una domanda)
Si noti quanto segue in merito alla funzionalità di protezione del codice sui prodotti Microchip:

• I prodotti Microchip soddisfano le specifiche contenute nella rispettiva scheda tecnica Microchip.
• Microchip ritiene che la sua famiglia di prodotti sia sicura se utilizzata nel modo previsto, nel rispetto delle specifiche operative e in condizioni normali.
• Microchip apprezza e protegge in modo aggressivo i suoi diritti di proprietà intellettuale. I tentativi di violare le funzionalità di protezione del codice del prodotto Microchip sono severamente vietati e possono violare il Digital Millennium Copyright Act.
• Né Microchip né alcun altro produttore di semiconduttori può garantire la sicurezza del suo codice. La protezione del codice non significa che stiamo garantendo che il prodotto sia "indistruttibile". La protezione del codice è in continua evoluzione. Microchip si impegna a migliorare costantemente le funzionalità di protezione del codice dei nostri prodotti.

Note legali (Fai una domanda)

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Documenti / Risorse

Interfaccia codificatore MICROCHIP v4.2 [pdf] Guida utente v4.2 Interfaccia codificatore, v4.2, Interfaccia codificatore, Interfaccia

Riferimenti

• Manuale d'uso