利用设计工具提高位置传感器系统精度

电机驱动系统 (EMDS) 高度依赖位置编码器来提升效率，并满足日益严苛的法规要求。如图 1 所示，位置编码器将感知到的速度和位置信息反馈给控制器，从而实现高精度电机控制和同步。位置编码器种类繁多，包括机械式、光学式、磁式或电感式。

图 1：通过编码器实现高精度电机控制和同步

值得注意的是，旋转电感编码器在恶劣环境下具有显著优势，能够有效抵抗污垢、磁性碎屑、湿气和冲击等污染因素的影响。这些器件基于法拉第电磁相互感应原理，在工业 4.0 的各个领域得到广泛应用，能够测量变速箱、踏板、机械臂等众多工业系统的位置移动。

旋转电感传感器原理

典型的旋转电感编码器有三个主要部件，如图 2 所示。转子安装在旋转电机轴上，定子安装在编码器外壳上。转子和定子都有扁平线圈，这些线圈被集成在 PCB 上，而位置感知器件（例如安森美 (onsemi) 的 NCS32100 电感位置传感器）通常安装在定子上。

感知器件将正弦波（NCS32100 为 4 MHz）传输到定子上的励磁线圈，该线圈起到天线的作用，将能量耦合到转子的接收线圈中。定子也有一组接收线圈，当转子旋转时，其线圈中的耦合能量会对定子接收线圈产生扰动。感知器件与定子接收线圈相连以接收输入信号，并通过分析定子接收线圈中的扰动来测量转子位置。

通过增加转子和定子线圈的数量，改变线圈的模式，以及增加感知器件接收的输入数量，可以提高旋转电感编码器的分辨率和精度。

图 2：旋转电感编码器有三个主要部件

安森美 NCS32100 简介

NCS32100 是一款新近获得专利的双电感传感器，非常适合工业市场应用，包括机器人、电机控制和定位、伺服应用等。

NCS32100 支持静态高速应用，在高达 6,000 rpm 的转速下可实现 50 角秒或更高的精度，功能转子转速最高可达 45,000 rpm。

全功能控制器和传感器接口与非接触式 PCB 传感器配合使用时，可实现高分辨率、高精度角度感知。该器件具有高度可配置的 8 通道传感器接口，支持连接多种类型的电感传感器，并提供丰富的数字输出格式。此外，它还提供了速度、温度和备用电池测量，集成的电源电路支持宽 VCC 范围和备用电池能力。

安森美基于 Web 的设计工具

旋转电感编码器的整体分辨率和精度，取决于定子和转子 PCB 的设计以及感知器件的性能。PCB 设计具有挑战性，对走线宽度和间距、通孔焊盘直径、钻孔直径、铜和绝缘层的厚度等参数都有严格的容差要求。

鉴于不当的设计会极大地影响编码器的性能，安森美创建了基于 Web 的 NCS32100 PCB 设计工具，以指导工程师完成必要的 PCB 设计步骤。使用该工具时，用户遵循三步流程（参见图 3）：首先输入一组明确的数据来描述编码器设计，然后生成转子和定子 PCB 的详细图纸，最后根据输入的设计参数运行仿真。用户运行的这些仿真根据输入参数模拟接收器输入幅度和角度误差（角秒），通过迭代这些参数，解决方案就能针对成本和精度要求进行优化。

图 3：使用 NCS32100 PCB 设计工具的三步开发流程

安森美助您更快实现盈利

旋转电感编码器因其稳健性和抗污染能力，成为恶劣工业环境中电机控制方案的常见选择。虽然安森美的 NCS32100 传感器为设计人员提供了高度精确且可配置的方案，但糟糕的 PCB 设计可能会降低任何使用该传感器的编码器系统的整体性能。NCS32100 PCB 设计工具让设计人员能够放心地优化 PCB 设计，而无需投入资源进行原型设计。PCB 线圈设计工具支持一系列输入选项的快速迭代，帮助设计人员根据成本和精度要求迅速优化 PCB 设计，从而加快开发进程并缩短产品上市时间。

工业系统制造商对其基于 NCS32100 的设计的精度充满信心，因为在安森美进行的测试中，该器件的精度水平可与被视为行业标杆的精密 Gurley 编码器相媲美。