iC-PN Serie: Neue optische Abtast-iCs als Phased-Array für

Den optischen Sensoren der Serie iC-PN genügt ein minimale Sensorfläche von nur 1.9 mm x 3.3 mm um Drehgeber-Codescheiben abzutasten und Sinussignale in bester "HiFi-Qualität" zu erzeugen. Die Auswertung übernimmt der interpolierende Encoder iC-MN mit einer Noniusberechnung und ermöglicht sehr hohe Winkelauflösungen von beispielsweise 21 bit bei einem kleinen Codescheiben-Durchmesser von nur 26 mm. Im Vergleich mit konventionellen Absolutencoder-Sensoren verzichten die iC-PN Sensoren auf die Abtastung einer digitalen Positionsinformation, was Bauraum spart und die Ausleuchtung vereinfacht. Die kleinere Abtastfläche und die hohe Empfindlichkeit der Abtaster reduziert den Energiebedarf für die erforderliche LED zugunsten der Lebensdauer. Es stehen iC-PN Sensoren und Maßverkörperungen für Durchmesser zwischen 26 mm und 42 mm zur Verfügung; iC-LSHC ist ein funktionskompatibles aber strukturfreies Photoarray für kundenspezifische Sonderausführungen. Die Photostromsignale werden durch rauscharme Verstärker in niederohmige und störfeste Ausgangsspannungen gewandelt. Durch die hohe Transimpedanz-Verstärkung im Bereich von 1 bis 4 MW stehen bereits bei einer Beleuchtungsstärke von nur 0.5 mW/cm2 Signalspannungen von mehreren hundert Millivolt an den Ausgängen zur Verfügung. iC-LSHC und iC-PN Bausteine arbeiten an einer Versorgungsspannung von 5 V im Temperaturbereich von –40 °C bis 110 °C. Das verwendete optoBGA-Gehäuse misst nur ca. 6 x 5 mm und spart wertvolle Platinenfläche. Die typische Anwendung für iC-PN sind analoge Nonius-Encoder mit iC-MN, die eine Interpolation analoger Sinussignale in mehreren Kanälen durchführen. Dadurch kann die Ablesegenauigkeit erhöht werden, etwa wie beim Messschieber, dessen Skalenprinzip der französische Mathematiker Pierre Vernier bereits im 17. Jahrhundert vorgestellt hat. Die Positionsinformation wird nunmehr aus der relativen Phasenlage weniger analoger Signale extrahiert. Dieses auch als Nonius bekannte Prinzip erlebt durch den Encoder-Baustein iC-MN seine "elektronische Renaissance". Ein Lösungsansatz, der nicht nur Systemkosten reduziert, sondern für Positionsgeber eine Alternative mit kleinem Formfaktor darstellt, die neue Anwendungen ermöglichen kann. iC-MN verfügt in jedem Kanal über eine separat einstellbare Signalkonditionierung mit Sample & Hold-Stufe, die das aufbereitete Analogsignal für die anschließende sequentielle Digitalisierung festhält. Dafür steht ein hochgenauer SAR-A/D-Wandler zur Verfügung, der eine einstellbare Interpolationsauflösung von 8 bis 13 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 nur 7x7 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. 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.