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本文介绍了如何采用Dialog GreenPAK 设计高可靠性旋转开关或编码器。该开关设计是非接触式的,因此忽略了接触氧化和磨损。该设计非常适用于户外长期潮湿、灰尘、极端温度等场景。
Dialog GreenPAK SLG46537:GreenPAK CMIC为该设计提供所有电路功能。它会生成一个信号(EVAL)以改善信噪比,接收来自旋转开关的每个码盘的输入,并使用异步状态机(ASM)解读每个码盘,以确保仅一个开关选择。 |
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3个回答
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设计概念
该设计通过计时工作。它产生一个时钟(EVAL)信号,通过外部100kΩ电阻缓慢上拉每个码盘(图1)。EVAL信号电容耦合到中央游标,它驱动所选码盘的上升沿的速度,比所有其他码盘的上升沿更快(图1中 fast)。然后,GreenPAK异步状态机(ASM)评估哪个上升沿最先到达,并锁存结果。电容耦合设计的优点是其可靠性。无论编码器是设计成电容性的,然后磨损至直接连接,还是设计成直接连接,然后降级(氧化)至电容性,它仍然可以工作。 图1中的顶层原理图显示了连接到外部LED的输出,作为演示。 图1. 顶层应用原理图 图2是示波器捕获图,显示了具有与其对应的选择器游标的码盘的上升时间差异,对比其他未选择的码盘上升时间。Delta T为248nS,这超过GreenPAK异步状态机(ASM)解析所需的余量。ASM可以在1纳秒内解析,其内部仲裁电路保证只有一个级有效。因此,任何时候只能记录一个输出。 图2. 示波器捕获图显示上升时间的差异 |
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GreenPAK设计实现
图3显示了在GreenPAK可配置混合信号IC(CMIC)中配置的电路原理图。 图3. GreenPAK设计电路原理图 为了节省功耗,EVAL信号以适合应用的响应时间的速率生成。使用低频振荡器并进一步用CNT2分频。在这个例子中,大约是16Hz。请参见图4中的配置设置。 图4. 振荡器配置设置 图5异步状态机(ASM)的状态电路图显示了可能的状态转换。 图5. 异步状态机的状态电路图显示了可能的状态转换 将EVAL短延迟的副本用作每个周期的ASM复位。这确保了我们始终从STATE0开始。在ASM复位状态之后,每个码盘处的ASM对EVAL信号进行监测。只有最早的上升沿才会导致状态转换出STATE0。由于只允许一个状态转换,因此来自其他码盘的任何后续上升沿将被忽略。这也是取决于我们配置ASM的方式,如图6所示,6个ASM输出状态中的每一个仅对应于一个码盘。 DFF锁存器保持ASM结果稳定,以便在ASM复位期间不会切换最终输出。驱动开漏NMOS输出引脚所需的极性,要求我们配置具有反相输出的DFF。 图6. 输出链接矩阵 |
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测试结果
下面的照片显示了一个较粗糙的原型,功能完整且可正常运行。它也是低功耗的,GreenPAK测量仅5uA。 码盘和游标的布局做到最大化,以获得最强的信号。该原型经测试发现不受强射频干扰影响,如大型荧光灯和5W 145MHz无线电。这可能是因为所有码盘都在共模中接收干扰。 可以排列布置一下码盘和游标尺寸,确保在任何位置都不会出现两个码盘同时与游标重叠。这可能不是必需的,因为ASM仲裁电路仅允许其中一个状态有效,即使有2个同时上升沿时亦如此。这是该设计稳健的另一个原因。电路板布局具有良好的灵敏度,与码盘的互连迹线非常窄,并且长度相等,因此每个码盘的总电容与其他码盘一致。最终产品可能包括游标的机械制动器,因此当它们位于每个位置中心时会“咔哒”一声,并且提供良好的触感。 |
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