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[参考译文] TLV7022:将 AMR 速度传感器中的正弦和余弦波转换为高振幅方波

Guru**** 657930 points
Other Parts Discussed in Thread: TLV3202, TLV9034, TLV7022, SN74LVC2G17, TLV9032, TLV7011, TLV7012
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1250292/tlv7022-converting-sine-cosine-waves-from-amr-speed-sensors-into-high-amplitude-square-wave

器件型号:TLV7022
主题中讨论的其他器件: SN74LVC2G17TLV9032、TLV3202 、TLV9034、 TLV7011、TLV7012

尊敬的 TI 社区:

目前、我们正在开发一种低成本的基于状态的监控系统、其中包括测量设备零件的振动、电流和速度。 我们的重点是将 ADA4570/71 AMR 速度传感器集成到系统中,以精确测量轴速。

为了将 AMR 传感器的正弦波和余弦波转换为方波、我们将探索基于比较器的设计、而不是基于 ADC 的方法。 这些方波信号将馈入 STM32G474 MCU 的正交编码器接口(QEI)。 传感器和 MCU 之间的距离为1m、我们计划使用标准24AWG STP 电缆进行连接。

我们恳请您的专业知识和指导、为您提供可优化成本的参考设计、同时确保此应用的可靠性能和稳健性。 具体来说、我们会寻求合适的滤波器建议、迟滞设置以及任何其他措施来提高解决方案的性能。

我们的方法包括考虑以下几点:

使用 TLV7022比较器进行零交叉检测和触发。
在 MCU 端安装 SN74LVC2G17施密特触发器、以提高信号质量。
探索如何直接使用施密特触发器 SN74LVC2G17将正弦波转换为方波。

我们有以下具体问题:

  1. 使用施密特触发将正弦波转换为方波是否是可靠的解决方案?
  2. 考虑到1m 电缆长度、我们是否可以使用两组施密特触发器(两端各一组)来最大程度地降低噪声影响? 我们是否可能忽略了任何潜在的设计注意事项?
  3. 将 ADA4570或 ADA4571 (差分或单端信号)的输出信号转换为方波信号还需要哪些额外的无源电路?
  4. 根据您在类似应用领域的经验、您有任何其他建议或指导吗?
  5. 请提供有关基于比较器的最佳零交叉解决方案的见解、即能在传感器与 MCU 之间1m 距离处可靠地传输0-5V 方波。
  6. 此外、我们感兴趣了解在 MCU 端加入施密特触发器以提高信号质量的潜在好处。

提前感谢您在解决我们的问题时提供的宝贵帮助。 我们非常感谢您的专家建议和建议。

此致

传感器输出原理图:

差分信号规范:

此致、

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    尊敬的 Shreeneet:  

    感谢您的联系。  我看到 ADA4570数据手册中提到这些输出信号偏置在共模电压 VDD/2附近。 如果是这样、 您就可以在比较器的反相输入上创建 VDD/2基准、然后在同相输入上获得 cos/ sin 信号。 TLV701x/2x 可能是一个不错的选择、但我强烈推荐推挽比较器 TLV9032 (双通道)或 TLV9034 (四通道)、因为这种比较器可以提供更好的精度和速度。 我们建议使用外部迟滞、但也要小心、因为您不希望比较器的同相节点上有任何电容器、因为它们会增加延迟、并导致迟滞影响为负、即 C5、C6、C7、C8。 我们还拥有 TLV3202、该器件也更快、且具有内部迟滞。  

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    尊敬的 CHI:

    感谢您的建议。 我们正在寻找一种成本优化型解决方案、对于我们的用例而言 TLV3202成本相当高、是否有具有推挽 和内部迟滞的成本优化型比较器?  我们发现 TLV7011处于成本预算范围之内、它同样适合我们的用例吗?

    此外、我们是否可以使用简单的施密特触发逻辑转换器将正弦波转换为方波? 对于我们的用例中的实际实施、该想法是否过于理论化? 在工业环境中、我们必须通过一根1m 至2m 长的电缆传输方波。  电缆两端的 SN74LVC2G17等器件符合我们的预算、可能会降低 BOM 要求。 如果我们在这种方法中缺少明显的东西、您能否指导我们朝这个方向发展?

    此外、假设我们使用屏蔽双绞线电缆来最大限度地降低电缆中的噪声拾取、我们是否需要在2m 距离内使用差动信号而不是0-5V 方波?

    此致。

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    尊敬的 Shreeneet:

    TLV7012 (双推挽)适用于此应用。 我仅推荐 TLV903x 和 TLV3202、因为它们具有更高的速度能力和精度、这对改善波形的相位滞后和占空比很有帮助。 TLV9034还采用四通道封装。  

    我认为比较器代替施密特触发更适合、因为您可以将基准设置在确切的中点、以获得正确的50%占空比。  只需看看该 SN 器件、VCC = 5.5V 时阈值触发点将为2.2V-3.7V。 使用比较器可以更好地进行控制、并能够获得方波输出的精度。  

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    尊敬的 CHI:

    我们的方波信号的 频率不得超过200Hz、是的、具有~50%的占空比至关重要。

    您是否认为此用例中我们仍然需要精密比较器? 此外、对于给定低频信号的应用、施密特触发是否有用? 使用施密特触发器可大幅简化设计和降低成本。

    我们对模拟设计还比较陌生、您能为我们提供包含滤波器和 ESD 建议的适当参考设计吗?我们可以在该电路中进一步分析、了解和构建此用例的最终电路吗?

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    Shreeenet,

    如果50%占空比至关重要、那么我不确定施密特触发器件是怎样合适的。 正如我提到过的、很难将施密特触发调优和控制在信号的中点。 请参阅下面的仿真。 如您所见、SN 器件的输出的占空比不是50%、并且还引入了一些相位滞后。 我仍然认为比较器是一种更好的方法。  

    这是我能找到的最接近的参考设计: ti.com/lit/ug/tidua05a/tidua05a.pdf?ts=1689957531034&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    e2e.ti.com/.../Sinwavetlv7012.TSC

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    尊敬的 CHI:

    根据您富有见解的建议、我们将在用例中使用 TLV7012。 作为成本敏感型应用、您能帮助我们了解在此用例中容差为1%的电阻器对与容差为0.1%的电阻器对带来的影响吗?

    我们需要在方波和方向感测中保持恒定的相位角、而对于频率感测、较大的容差是可以接受的。 对于此用例、如果最大频率可能为300Hz、请指导我们提供可能需要的任何 ESD 保护以及 LPF 滤波器、因此衰减超过600Hz 的滤波器是合适的。

    请指导我们构建这一强大的电路以便实施。

    此致。

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    您好 Shreeneet:

    电阻器的容差将影响电路的准确度/时序、所以较低的容差将意味着与 您正在转换的基准的目标值的偏差更小(假设您使用电阻分压器来创建基准)。

    我不太了解如何设计外部 ESD 保护电路、因为这超出了我的专业知识。 以下资源可以为您提供帮助: ESD 保护布局指南(修订版 A)

    对于 LPF、您可以使用10k Ω 的电阻器和26.nF 的电容器。