Encoder
„Das ist ein großer Technologiesprung“
Mit dem IC-PXL3212 stellt iC-Haus einen neuen optisch-reflektierenden Encoder IC vor. Wir haben bei Goran Pandza, Sales and Application Encoder Microsysteme und LED-Produkte, nachgefragt, was das neue Bauteil so spannend für flexible Applikationen macht.
Wie kam es zu der Entwicklung der neuen iC-PXL3212 Encoder ICs? Was gab den Anstoß?
Der Hauptanstoß liegt in der Weiterentwicklung der bisherigen Serie iC-PX3212. Mit den neuen ICs ist uns nun ein großer Technologiesprung gelungen. Die älteren Chips verwendeten einen 0,6 Mikrometer CMOS-Prozess für die optischen Sensoren. Der neue iC-PXL3212 nutzt jedoch die fortschrittlichere 180-Nanometer-Technologie. Dies bietet eine deutlich erweiterte digitale Funktionalität, die bisher so nicht möglich war. Die Entwicklung wurde also sowohl von technologischen Fortschritten als auch von der Nachfrage der Kunden nach mehr Funktionalität und Flexibilität angetrieben.
Ist der Encoder IC auch kleiner geworden?
Deras physische Chip ist nicht wesentlich kleiner geworden, da die Größe weitgehend durch die Geometrie der optischen Dioden bestimmt wird. Die Funktionalität hingegen hat erheblich zugenommen, da mehr Digital-Gatter implementiert wurden, was zu mehr Funktionen im Sensor führt.
Was ist so fortschrittlich an diesen neuen Bauteilen?
Wir haben die bereits vorhandenen Vorteile der Reflexionsabtastung genutzt, indem wir Sensor und Lichtquelle auf derselben Seite platziert haben. Dadurch ergeben sich mechanische Toleranzen, die deutlich größer sind als bei anderen Systemen, und wir haben diese Vorteile beibehalten. Darüber hinaus haben wir eine zusätzliche Funktion hinzugefügt. Früher war der Sensor ausschließlich für die digitale AB-Signale ausgelegt. Mit dem neuen Baustein können wir jedoch dieselbe Matrix wie zuvor verwenden, um eine höhere digitale Interpolation zu erreichen. Zusätzlich kann der Sensor jetzt auch in den Analogmodus wechseln. Dieser Schritt eröffnet neue Möglichkeiten und betont die bereits vorhandenen Vorteile dieser Sensoren, einschließlich blauem Licht, Reflexion und mechanischer Toleranz.
Das blaue Licht haben Sie also beibehalten?
Genau. Wir haben auf das bewährte Prinzip gesetzt. Die Wellenlänge ist immer noch im blauen Bereich von 460 bis 480 Nanometern. Wir haben aber die elektronische Funktionalität deutlich erweitert.
Welche Hauptfunktionen oder -merkmale zeichnen die Encoder ICs aus?
Eine neue Funktion, die wir anbieten, ist das sogenannte OTP FlexCount (One-Time-Programming). Damit kann die Auflösung des Interpretations-Kerns bereits in der Fabrik festgelegt werden. Normalerweise haben wir zwei verschiedene Interpolationsfaktoren, die eingestellt werden können, basierend auf der nativen Auflösung, die mit 16 multipliziert oder 64 interpoliert wird. Aber wenn Kunden feststellen, dass diese Standardoptionen nicht gut zu ihren gewünschten Durchmessern passen, können wir, abhängig von den Stückzahlen, den Chip bereits auf der Wafer-Ebene bei der Fabrikation umprogrammieren. Kunden können dann somit einen anderen Interpolationsfaktor bzw. Auflösungen für ihr Produkt wählen.
Gibt es weitere Vorteile zur Vorgänger-Version?
Der neue Sensor kann nun sowohl in linearen als auch in rotatorischen Anwendungen eingesetzt werden. Das bedeutet, er kann für gerade Striche verwendet werden, die auf einer Maßverkörperung sitzen. Wir sprechen hier von einer nativen Auflösung von 152 Linien pro Zoll (LPI). Das ist das inkrementelle Raster, das der Sensor benötigt, um Helligkeits- und Dunkelheitsübergänge zu erkennen. Dieses Raster kann genauso gut auf verschiedene Radien angewendet werden. Wir geben an, dass ab einem Durchmesser von etwa 10 mm Code-Scheiben problemlos mit diesen Sensoren gescannt werden können, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.
Welche Vorteile bietet der iC-PXL3212 in Bezug auf die Signalqualität und Ausrichtungstoleranzen? Was bedeutet das für den Anwender?
Beim Vorgänger des Sensors hatten wir bereits einen ziemlich großen Aufbautoleranzbereich für ein optisch-abgetasteten Sensor. Hier erlaubten wir eine Verschiebung von etwa ± 0,5 mm Radial und Tangential, was für einen optisch-hochauflösenden Sensor ziemlich weitreichend ist. Dieses Merkmal haben wir beibehalten. Der Abstand zwischen der Maßverkörperung und dem Sensor liegt nach wie vor zwischen 1 und 3 mm. Dieser ist prinzipiell nur durch den integrierten LED-Treiber begrenzt. Der Sensor könnte theoretisch auch bei einem Abstand von 4 oder 5 mm funktionieren, jedoch setzen wir hier eine Begrenzung, um thermische Probleme zu vermeiden. Was jedoch neu ist, ist die Verbesserung der Verstärkerschaltung im analogen Bereich. Diese Verbesserung ermöglicht es uns, hochwertige Analogsignale anzubieten, die Kunden bei der Umwandlung in digitale Signale viel Nutzen bringen können. Mit dem Fortschritt in die neue CMOS Technologie haben wir auch die Verstärkerschaltung optimiert und verbessert.
Wie arbeiten die blauen verstärkten Fotosensoren und die blaue LED im iC-PXL3212 zusammen, um Jitter-arme Ausgänge zu erzeugen?
Die Zusammenarbeit zwischen den optimierten Fotosensoren und der blauen LED basiert auf der fotoelektrischen Abtastung. Der AB-Jitter, also unregelmäßige Signalschwankungen, wird durch eine verbesserte Verstärkerschaltung und einen leistungsstarken Interpolator-Kern minimiert, was zu einer besseren Signalqualität führt. Dazu haben wir unter anderem den Analog-Digital-Wandler gewechselt – von einem sogenannten Flash-Konverter, hin zu einem Nachläufer-Prinzip mit einem Vektor-Tracking-Interpolator-Kern. Bisher waren wir begrenzt auf eine maximale Interpolation von x16. Heute können wir bis x128 auflösen – bei gleichbleibender Jitter-Performance. Das positive Ergebnis resultiert hier natürlich aus dem Zusammenspiel von blauer LED, unsere speziellen Photodioden-Struktur und Schaltungstechnik, die wir im eigenen Haus designen.
Für welche Anwendungen sind die iC-PXL3212 besonders gut geeignet?
Die iC-PXL3212 ICs kommen in der klassischen Encoder-Welt zu Einsatz, als reine 2-Kanal-Sensoren für die AB-Ausgabe. Sie eignen sich vor allem für verschiedene Anwendungen zur Geschwindigkeitsregelung, ob nun in langsameren oder eher dynamischeren Bereichen. Das kann z. B. in Taster-Applikationen sein, bei denen nur 20 oder 30 mm lineare Strecke erfasst werden muss, aber auch in hochdynamischen Motoren für unbemannte Luftfahrzeugsystem. Weitere Anwendungen finden sich in medizinischen Geräten, in denen nur wenig Platz zur Verfügung steht und wir mit einem 3 x 3-mm-Sensor punkten können. Und zu guter Letzt kommen die neuen ICs natürlich in der Robotik und in Lidar-Systemen zum Einsatz. Sie bieten also hohe Flexibilität und können in verschiedenen Umgebungen eingesetzt werden.
Wie funktionieren die drei Betriebsarten des iC-PXL3212, und welche Flexibilität bieten sie den Anwendern?
Der Sensor kann in drei Betriebsarten umgeschaltet werden: Interpolation x16, Interpolation x64 und den Sinus/Cosinus Analogmodus. Diese Betriebsarten werden durch das Anlegen bestimmter Spannungen an Pins gesteuert, was dem Benutzer eine einfache Anpassung an unterschiedliche Anforderungen ermöglicht. Eine Softwareprogrammierung ist für den Anwender also nicht notwendig.
Also bringt es mehr Flexibilität für den Anwender?
Absolut! Das ist genau die Flexibilität, die wir heute dem Kunden an die Hand geben können, damit er seine Applikation optimal darstellen kann.
Wenn mich die neuen ICs interessieren, wie kann ich damit starten? Gibt es Evaluation-Kits?
Zur Evaluierung stehen Evaluations-Kits zur Verfügung, die alle benötigten Komponenten enthalten. Diese Kits ermöglichen es, den Sensor in kürzester Zeit im Labor zu testen und zu bewerten. Diese Kits bestehen aus einer Leiterplatte, auf dem der Sensor vormontiert ist und entsprechenden Maßverkörperungen bzw. Codescheiben. Dieses Board, welches mit einem Labornetzteil versorgt wird, wird mit einer zweiten Platine verbunden, auf der alle Ausgangssignale erfasst werden können. So können ganz einfach die verschiedenen Modis durchgetestet werden. Darüber hinaus bieten wir als Hersteller auch maßgeschneiderte Codescheibenlayouts zum Sensor an, um den Anforderungen und Applikationen der Kunden gerecht zu werden.
Das Interview führte Dirk Schaar
Kontakt
55294 Bodenheim
DEUTSCHLAND
ichaus.de
