eng
Выпуск #7/2005
А.Лапин.
Новое поколение изделий с управляемым электроприводом компании Texas Instruments
Новое поколение изделий с управляемым электроприводом компании Texas Instruments
Просмотры: 2364
Как отмечалось в первой части обзора*, компания Texas Instruments активно ведет разработки систем интеллектуального электропривода, предлагая конструкторам таких систем множество цифровых и аналоговых компонентов практически для любого типа электропривода: от устройств управления электропитанием до микроконтроллеров с ультранизким уровнем потребляемой мощности, высокопроизводительных сигнальных контроллеров, всеобъемлющих АЦП/ЦАП и интерфейсных решений [1]. Эти преобразователи со стыковым интерфейсом к хост-компьютеру или системе высшего уровня характеризуются высокой конкурентоспособностью и обеспечивают управление электродвигателями с высокими точностью и КПД. Средства интерфейса компании – это высокоробастные, надежные изделия, стойкие к воздействию электростатического разряда и способные работать в самых неблагоприятных условиях окружающей среды.
АЦП и ЦАП длz управлzемого электропривода
Изделия компании Texas Instruments для входных блоков интеллектуального привода выполнены на основе технологии фирмы Burr-Brown, приобретенной во второй половине 2000 года, – хорошо известного игрока на рынке аналоговых устройств, в основном преобразователей данных и усилителей. Преобразователи данных фирмы Burr-Brown – это устройства с одними из лучших на рынке значениями точности представления данных и быстродействия, в том числе и 24-бит преобразователи. Быстродействие входных блоков компании Texas Instruments последнего поколения, содержащих два, четыре или шесть АЦП одновременной выборки данных, поступающих от дифференциальных каналов, составляет от 250 Квыборок/с до 8 Мвыборок/с при разрешении 10–16 бит (рис.1).
Входные блоки для систем управляемого электропривода Texas Instruments (табл.1) выполнены на основе предложенного десять лет назад фирмой Burr-Brown решения VECANA01, установившего стандарт на рабочие характеристики и интеграцию периферийных устройств систем сбора данных и предложившего необычную комбинацию расположенной на кристалле периферии. Одна из последних микросхем входного блока систем управления электроприводом – ADS7869. По выполняемым функциям она подобна микросхеме VECANA01, хотя не эквивалентна ей. В микросхему входят три 12-бит АЦП с быстродействием 1 Mвыборок/с, семью конденсаторами дискретизации с запоминанием отсчетов и 12 дифференциальными каналами с последовательным опросом. Кроме того, схема содержит семиканальный 8-бит ЦАП, компараторы и два специализированных реверсивных счётчика для управления двигателем, а также три дополнительных дифференциальных входа (каждый из которых присоединен к двухпороговому и знаковому компараторам); гибкий цифровой интерфейс с параллельным портом с возможностью конфигурирования под различные стандарты передачи данных (рис.2). Благодаря последовательному интерфейсу периферии и специализированному последовательному интерфейсу (подобных интерфейсам микросхемы VECANA01) ADS7869 легко сопрягается с большинством сигнальных процессоров или микроконтроллеров. Два реверсивных счетчика обеспечивают анализ данных датчиков положения, используемых в системах управления электроприводом.
Микросхема ADS8364 – первый в промышленности входной блок, содержащий шесть независимых 16-бит АЦП с шестью дифференциальными входными каналами (рис.3). Преобразователь может одновременно дискретизировать шесть дифференциальных аналоговых сигналов со скоростью 250 Квыборок/с. Пропускная способность канала – 4 мкс, потребляемая мощность – 450 мВт. По утверждению разработчиков, преобразователь ADS8364 превосходит ближайших конкурентов в четыре раза по разрешению и в три раза по быстродействию. Аналогична по выполняемым функциям и поставляемая компанией микросхема 12-бит АЦП ADS 7864 с быстродействием 500 Квыборок/с.
Такое же быстродействие обеспечивает и микросхема ADS8361 с четырьмя дифференциальными входными каналами, сгруппированными в две пары, и с двумя независимыми 16-бит АЦП, одновременно обрабатывающими два аналоговых дифференциальных сигнала со скоростью 500 Квыборок/с. Схема совместима по контактам с микросхемой ADS7861.
Ослабление синфазного сигнала микросхем ADS8364 и ADS8361 составляет 80 дБ на частоте 50 кГц (хороший показатель для устройств, используемых в среде с высоким уровнем шума). Обе схемы имеют цифровые интерфейсы, ориентированные на сопряжение с цифровыми сигнальными процессорами, и могут питаться от источника на напряжение 2,7–5,5 В. Длина выходных данных 16 бит.
Таким образом, усовершенствованные серии АЦП и ЦАП компании Burr-Brown предоставляют широкие возможности разработчикам систем электропривода, являясь альтернативой встроенным в микроконтроллеры преобразователям (табл.2).
Инструменты разработчика
Texas Instruments предлагает полнофункциональные аппаратные и программные средства разработки и отладки аналогово-цифровых узлов управляемого электропривода. В состав прототипных модулей входят микросхемы преобразователей, сигнальные процессоры и программное обеспечение Code Composer Studio IDE. Компания свободно распространяет специализированную под преобразователи данных подключаемую программу для среды Code Composer Studio IDE, реализующей сопряжение АЦП и ЦАП с сигнальными процессорами серий TMS320C24x, C28x, C54x, C55x, C62x, C67x, C64x. Программа автоматически генерирует код С, конфигурационные параметры для всех АЦП и ЦАП компании Texas Instruments и обеспечивает сопряжение с DSP по цифровому интерфейсу [2,3].
Интерфейсы, применяемые в управляемом электроприводе
Интерфейсы управляемого электропривода работают в промышленной и специальной аппаратуре, для которой, как правило, характерен большой перепад температур, высокий уровень помех, повышенные требования к электромагнитной совместимости [4]. К используемым в управляемом электроприводе интерфейсам относятся последовательные интерфейсы RS-232 (табл.3), которые широко распространены в персональных и промышленных компьютерах, и RS-485 (стандарт TIA/EIA-485), обеспечивающий скорость передачи данных до 50 Мбит/с на небольшие расстояния или организацию передачи с меньшей скоростью по километровым линиям (табл.4). Совместимые с RS-485 решения используются практически во всех приложениях с небольшим объёмом передаваемых данных. Приемники стандарта RS-485 способны обнаруживать входные дифференциальные сигналы весьма низкого уровня (200 мВ). Хотя, согласно стандарту, коэффициент разветвления составляет 32, выпускаются трансиверы с большим входным импедансом и сниженной удельной нагрузкой, что позволяет увеличить число подключений к шине.
И наконец, в управляемом электроприводе находит применение последовательный интерфейс CAN, предназначенный для объединения "интеллектуальных" узлов в локальную сеть, создания распределённых систем сбора данных, а также для управления и подключения датчиков.
Основные достоинства CAN – высокая скорость и низкая вероятность ошибок передачи данных. Последнее достигается благодаря возможности их анализа и исправления. А к достоинствам этого интерфейса относится его "живучесть": при обрывах линий передачи каждая из частей системы, разорванной на части, сохраняет работоспособность ("принцип дождевого червя") [5,6]. Максимальная скорость передачи CAN-интерфейса, приводимая в спецификациях, составляет 1 Мбит/с, в результате дальность передачи может быть равна 40 м. Передача на большие расстояния требует снижения скорости.
Спецификацию CAN в полном объёме реализуют CAN-трансиверы.
CAN-трансиверы SN65HVD230/SN65HVD231/SN65HVD232
Трансиверы этих типов, поддерживающие стандарт ISO11898 (рис.4), применяются в управляемом электроприводе, оборудовании промышленной автоматики, системах сбора данных и управления, роботах, в автомобильной электронике, источниках бесперебойного питания. Микросхемы рассчитаны на эксплуатацию в неблагоприятных условиях окружающей среды, для чего в них предусмотрены средства защиты от перекрёстных помех (взаимной связности проводов), повышенного напряжения на линиях связи и перегрева (табл.5).
CAN-трансиверы компании Texas Instruments работают от источника питания на напряжение 3,3 В, что в 3,3-В приложениях позволяет отказаться от источников на 5 В и тем самым сэкономить затраты и потребляемую мощность. Функционально они подобны микросхеме типа PCA82C250 фирмы Philips, но потребляют меньшую мощность (ток в режиме ожидания у микросхемы SN65HVD230 равен 370 мкА, а для микросхемы SN65HVD231 предусмотрена возможность работы в спящем режиме длительностью 40 нс). В микросхемах SN65HVD230/SN65HVD231/SN65HVD232 предусмотрена защита от воздействия электростатического разряда напряжением до 16 кВ. Благодаря высокому входному импедансу коэффициент разветвления, обеспечиваемый трансиверами, достигает 120, а программное управление скоростью передачи данных (трансиверы SN65HVD230/231) позволяет улучшить качество сигнала и дальность связи.
Новинки элементной базы компанииTexas Instruments представлены на сайте http://vbnti.narod.ru .
Литература
1. Сайт фирмы Texas Instruments. www.ti.com
2. www.ti.com/sc/device/dataconverter
3. Motor Control Overview. Next-Generation Embedded Texas Instruments Motor Control from Texas Instruments. TI. SPRB166C, 2004, focus.ti/com/lit/ml/sprb166c/sprb166c.pdf
4. interface.ti.com
5. Лапин А. Интерфейс CAN. Слагаемые успеха.–
ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2005, №2, с. 40.
6. Лапин А. Интерфейсы. Выбор и реализация.– М.: Техносфера, 2005.
Изделия компании Texas Instruments для входных блоков интеллектуального привода выполнены на основе технологии фирмы Burr-Brown, приобретенной во второй половине 2000 года, – хорошо известного игрока на рынке аналоговых устройств, в основном преобразователей данных и усилителей. Преобразователи данных фирмы Burr-Brown – это устройства с одними из лучших на рынке значениями точности представления данных и быстродействия, в том числе и 24-бит преобразователи. Быстродействие входных блоков компании Texas Instruments последнего поколения, содержащих два, четыре или шесть АЦП одновременной выборки данных, поступающих от дифференциальных каналов, составляет от 250 Квыборок/с до 8 Мвыборок/с при разрешении 10–16 бит (рис.1).
Входные блоки для систем управляемого электропривода Texas Instruments (табл.1) выполнены на основе предложенного десять лет назад фирмой Burr-Brown решения VECANA01, установившего стандарт на рабочие характеристики и интеграцию периферийных устройств систем сбора данных и предложившего необычную комбинацию расположенной на кристалле периферии. Одна из последних микросхем входного блока систем управления электроприводом – ADS7869. По выполняемым функциям она подобна микросхеме VECANA01, хотя не эквивалентна ей. В микросхему входят три 12-бит АЦП с быстродействием 1 Mвыборок/с, семью конденсаторами дискретизации с запоминанием отсчетов и 12 дифференциальными каналами с последовательным опросом. Кроме того, схема содержит семиканальный 8-бит ЦАП, компараторы и два специализированных реверсивных счётчика для управления двигателем, а также три дополнительных дифференциальных входа (каждый из которых присоединен к двухпороговому и знаковому компараторам); гибкий цифровой интерфейс с параллельным портом с возможностью конфигурирования под различные стандарты передачи данных (рис.2). Благодаря последовательному интерфейсу периферии и специализированному последовательному интерфейсу (подобных интерфейсам микросхемы VECANA01) ADS7869 легко сопрягается с большинством сигнальных процессоров или микроконтроллеров. Два реверсивных счетчика обеспечивают анализ данных датчиков положения, используемых в системах управления электроприводом.
Микросхема ADS8364 – первый в промышленности входной блок, содержащий шесть независимых 16-бит АЦП с шестью дифференциальными входными каналами (рис.3). Преобразователь может одновременно дискретизировать шесть дифференциальных аналоговых сигналов со скоростью 250 Квыборок/с. Пропускная способность канала – 4 мкс, потребляемая мощность – 450 мВт. По утверждению разработчиков, преобразователь ADS8364 превосходит ближайших конкурентов в четыре раза по разрешению и в три раза по быстродействию. Аналогична по выполняемым функциям и поставляемая компанией микросхема 12-бит АЦП ADS 7864 с быстродействием 500 Квыборок/с.
Такое же быстродействие обеспечивает и микросхема ADS8361 с четырьмя дифференциальными входными каналами, сгруппированными в две пары, и с двумя независимыми 16-бит АЦП, одновременно обрабатывающими два аналоговых дифференциальных сигнала со скоростью 500 Квыборок/с. Схема совместима по контактам с микросхемой ADS7861.
Ослабление синфазного сигнала микросхем ADS8364 и ADS8361 составляет 80 дБ на частоте 50 кГц (хороший показатель для устройств, используемых в среде с высоким уровнем шума). Обе схемы имеют цифровые интерфейсы, ориентированные на сопряжение с цифровыми сигнальными процессорами, и могут питаться от источника на напряжение 2,7–5,5 В. Длина выходных данных 16 бит.
Таким образом, усовершенствованные серии АЦП и ЦАП компании Burr-Brown предоставляют широкие возможности разработчикам систем электропривода, являясь альтернативой встроенным в микроконтроллеры преобразователям (табл.2).
Инструменты разработчика
Texas Instruments предлагает полнофункциональные аппаратные и программные средства разработки и отладки аналогово-цифровых узлов управляемого электропривода. В состав прототипных модулей входят микросхемы преобразователей, сигнальные процессоры и программное обеспечение Code Composer Studio IDE. Компания свободно распространяет специализированную под преобразователи данных подключаемую программу для среды Code Composer Studio IDE, реализующей сопряжение АЦП и ЦАП с сигнальными процессорами серий TMS320C24x, C28x, C54x, C55x, C62x, C67x, C64x. Программа автоматически генерирует код С, конфигурационные параметры для всех АЦП и ЦАП компании Texas Instruments и обеспечивает сопряжение с DSP по цифровому интерфейсу [2,3].
Интерфейсы, применяемые в управляемом электроприводе
Интерфейсы управляемого электропривода работают в промышленной и специальной аппаратуре, для которой, как правило, характерен большой перепад температур, высокий уровень помех, повышенные требования к электромагнитной совместимости [4]. К используемым в управляемом электроприводе интерфейсам относятся последовательные интерфейсы RS-232 (табл.3), которые широко распространены в персональных и промышленных компьютерах, и RS-485 (стандарт TIA/EIA-485), обеспечивающий скорость передачи данных до 50 Мбит/с на небольшие расстояния или организацию передачи с меньшей скоростью по километровым линиям (табл.4). Совместимые с RS-485 решения используются практически во всех приложениях с небольшим объёмом передаваемых данных. Приемники стандарта RS-485 способны обнаруживать входные дифференциальные сигналы весьма низкого уровня (200 мВ). Хотя, согласно стандарту, коэффициент разветвления составляет 32, выпускаются трансиверы с большим входным импедансом и сниженной удельной нагрузкой, что позволяет увеличить число подключений к шине.
И наконец, в управляемом электроприводе находит применение последовательный интерфейс CAN, предназначенный для объединения "интеллектуальных" узлов в локальную сеть, создания распределённых систем сбора данных, а также для управления и подключения датчиков.
Основные достоинства CAN – высокая скорость и низкая вероятность ошибок передачи данных. Последнее достигается благодаря возможности их анализа и исправления. А к достоинствам этого интерфейса относится его "живучесть": при обрывах линий передачи каждая из частей системы, разорванной на части, сохраняет работоспособность ("принцип дождевого червя") [5,6]. Максимальная скорость передачи CAN-интерфейса, приводимая в спецификациях, составляет 1 Мбит/с, в результате дальность передачи может быть равна 40 м. Передача на большие расстояния требует снижения скорости.
Спецификацию CAN в полном объёме реализуют CAN-трансиверы.
CAN-трансиверы SN65HVD230/SN65HVD231/SN65HVD232
Трансиверы этих типов, поддерживающие стандарт ISO11898 (рис.4), применяются в управляемом электроприводе, оборудовании промышленной автоматики, системах сбора данных и управления, роботах, в автомобильной электронике, источниках бесперебойного питания. Микросхемы рассчитаны на эксплуатацию в неблагоприятных условиях окружающей среды, для чего в них предусмотрены средства защиты от перекрёстных помех (взаимной связности проводов), повышенного напряжения на линиях связи и перегрева (табл.5).
CAN-трансиверы компании Texas Instruments работают от источника питания на напряжение 3,3 В, что в 3,3-В приложениях позволяет отказаться от источников на 5 В и тем самым сэкономить затраты и потребляемую мощность. Функционально они подобны микросхеме типа PCA82C250 фирмы Philips, но потребляют меньшую мощность (ток в режиме ожидания у микросхемы SN65HVD230 равен 370 мкА, а для микросхемы SN65HVD231 предусмотрена возможность работы в спящем режиме длительностью 40 нс). В микросхемах SN65HVD230/SN65HVD231/SN65HVD232 предусмотрена защита от воздействия электростатического разряда напряжением до 16 кВ. Благодаря высокому входному импедансу коэффициент разветвления, обеспечиваемый трансиверами, достигает 120, а программное управление скоростью передачи данных (трансиверы SN65HVD230/231) позволяет улучшить качество сигнала и дальность связи.
Новинки элементной базы компанииTexas Instruments представлены на сайте http://vbnti.narod.ru .
Литература
1. Сайт фирмы Texas Instruments. www.ti.com
2. www.ti.com/sc/device/dataconverter
3. Motor Control Overview. Next-Generation Embedded Texas Instruments Motor Control from Texas Instruments. TI. SPRB166C, 2004, focus.ti/com/lit/ml/sprb166c/sprb166c.pdf
4. interface.ti.com
5. Лапин А. Интерфейс CAN. Слагаемые успеха.–
ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2005, №2, с. 40.
6. Лапин А. Интерфейсы. Выбор и реализация.– М.: Техносфера, 2005.
Отзывы читателей
