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[参考译文] LDC5072-Q1:LDC5072 失调电压漂移、具体取决于传感器旋转历史记录

Guru**** 2943400 points
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/sensors-group/sensors/f/sensors-forum/1654371/ldc5072-q1-ldc5072-offset-shifts-depending-on-sensor-rotation-history

器件型号: LDC5072-Q1

我为转向反馈设计了一个单圈 360 度传感器。  我遇到的问题是、工作过程中的信号失调会发生变化、这取决于传感器的移动方式。  我在示波器上使用 XY 模式跟踪输出。

问题出在 180 度之间来回移动传感器时、信号会追踪同一条路径、而且偏移量没有变化。 但是、如果我执行完整的 360 度旋转、失调电压可能会漂移高达 100mV、因此正弦和余弦信号最终会在示波器上与开始位置不同的位置。 旋转速度较慢、旋转一周或两秒即可完成。 连续旋转将再次偏移。  旋转速度较慢、完成旋转需要一到两秒钟。

无论是在 AGC 模式还是固定增益模式下、都会发生这种情况。

我已经检查了机械设置、它非常刚性、没有倾斜或摆动。

可以校准固定偏移、但具有偏移是一个问题、因为在 可以使用反正切来倾斜角度之前、必须根据我们的 ADC 读数减去偏移量。

任何建议都非常感谢。

LDC5072 sensor.png

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    您好、Paul:
    我很乐意帮助您解决您的问题、但我需要更多信息。 是否可以向我发送线圈参数? 如果您能给我提供最好的 Gerber 材料。

    此致、
    Chase Girard

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    e2e.ti.com/.../Gerber_2D00_SA_2D00_356_2D00_01C.zip

    你好 Chase, gerbers attached.

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    示波器捕获显示了 180 度十次循环、 而 360 度一次和 10 次显示了该问题:

    检查振荡器频率、它会在整个旋转过程中因 3.84MHz 和 3.89MHz 而异

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    正弦和余弦信号的示波器捕获、展示了偏移变化。 采用固定增益模式。

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    您好、Paul:
    非常感谢您提供的所有信息。 这使得分析和找出错误变得容易得多。

    我相信您的问题主要在于线圈几何形状。 观察线圈不对称、这说明了为什么您在 360 度旋转时会看到偏移变化。 通常、当我们计算线圈的偏移时、我们建议至少旋转一整圈。  

    今天上午、我花了一些时间 、使用我们的线圈生成工具生成 像您一样的单极对线圈。

    此线圈与您提供的线圈之间有一些主要区别。  

    1. SIN 和 COS 线圈不会相互旋转 90 度
    2. 线圈出口位于周转点、而不是线圈的中间
      1. 我认为这是失调电压的主要驱动因素。

    如果您可以向我发送系统所需线圈的确切机械参数、我很乐意生成一个线圈来解决此问题。

    如果您有任何其他问题、请告诉我、我很乐意提供帮助。

    此致、
    Chase Girard

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    您好 Chase、

    很抱歉、但我一定不同意您的评估。 线圈和转子的几何形状是固定的、因此系统应该在一次完整旋转后恢复到完全相同的状态:即相同的信号耦合和相同的偏移。 连续旋转会在每次旋转上产生不同的偏移。 线圈几何形状没有解释这一点。 不知何故、失调电压取决于旋转历史记录、该历史记录不应该用于固定增益模式。

    另请注意:线圈生成工具似乎假定 TX 线圈内具有均匀的磁场 — 这仅在长螺线管的中间才是如此。 生成的圆形 Rx 线圈会产生大量的谐波失真(主要是第 3 和第 5 个)、并且生成的正弦/余弦信号图会产生一个“序列“。  这是我在第一个版本的电路中遇到的问题 — 使用您的工具生成的圆形接收线圈-并尝试在第二个版本中进行校正。 我的第一个版本也出现了相同的偏移问题。 我感到惊讶的是,“旋风“给了 AGC 一个困难的时间,导致不断变化的偏移。

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    您好、Paul:
    我们过去因线圈几何形状而出现了这种影响、因此我们建议 在计算偏移时至少旋转一次完整的旋转。 此应用的旋转速度是多少? 通常、较慢的旋转速度可能会导致 AGC 影响偏移结果。 您还可以将器件置于固定增益模式。 我通常建议使用两个 5.1k Ω 电阻(对于您的原理图,为 R3 和 R10)作为评估切割女性生殖器时的良好起点。

    此致、
    Chase Girard

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    正如我在初始询问中提到的:

    1/旋转速度为每转 1-2 秒 — 或 30rpm(如果这更容易理解)-直至静止。  

    2/在 AGC 模式  固定增益模式下会发生失调电压变化。

    预计会因线圈几何形状而产生固定偏移、这不是问题。 但这并未解释失调电压为什么 会从一个周期变为下一个周期。

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    您好、Paul:
    感谢您的澄清和道歉,没有解决所有的细节从你的原始帖子.  偏移从一个周期到下一个周期会发生变化、因为 SIN 和 COS 线圈的平均通量在每一次完整旋转中都略有不同。
    这也解释了为什么 180 度来回运动看起来很干净、因为您正在重新跟踪相同的路径。 完整的 360 度旋转暴露了整个磁通曲线、耦合中的任何微小不一致都会每次导致不同的偏移。
    改进线圈几何形状应该可以解决这个问题。
    此致、
    Chase Girard
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    偏移量从一个周期移到下一个周期、因为 SIN 和 COS 线圈的平均通量在每一次完整旋转中都略有不同。[/报价]

    为什么? 物理几何形状不会逐周期变化 — 因此每个线圈看到的磁通曲线在每个周期中应该相同。 这就是旋转传感器工作原理的全部基础。

    由于没有关于失调电压可变性的机械解释、因此无法确定要校正的内容。 正如我所说的、我尝试了基于 TI 工具生成的线圈进行的设计、但遇到了同样的问题。

    我觉得这种对话无处可去。

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    您好、Paul:
    您正确地确定几何体不会逐周期更改。 我很抱歉您关注一般的偏移解释、而不是您的主要问题、即为什么它会逐周期变化。 根本原因很可能是目标(转子)材料中存在残留涡流或感应磁化效应。
    当转子穿过 TX 线圈的磁场时、目标材料中会感应出涡流。 这些涡流会产生相反的磁场、从而降低 LDC5072 看到的有效电感。 在低速下、这些涡流在下一个周期开始之前不会完全衰减、这意味着每次旋转的启动条件略有不同、从而改变 SIN/COS 偏移。
    如果目标具有任何铁磁成分、它会在穿过 TX 线圈磁场时略微磁化。 铁磁材料跟随迟滞环路、因此任何给定位置的磁化状态都取决于材料在磁滞环路中的旋转历史。 这会导致每个周期上与 SIN/COS 线圈产生略有不同的磁通链接、每次都会产生不同的偏移。
    您能给我提供您的目标材料吗?
    此致、
    Chase Girard
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    啊,现在我们要去物理了! 很棒

    转子是一个直径为 140mm、厚度为 20mm 的实心钢盘、附带直径 为 140mm、厚度为 5mm 的铝半圆目标、距离线圈~1mm。

    由于 3.5MHz 处的驱动场为 AC、皮肤深度为几微米、因此钢中的残留磁场似乎不太可能发生。 此外、直流场不应产生影响、因为芯片方框图显示了带通滤波器、后跟同步解调器。

    至于铝中的残余涡流,我本以为它们会迅速衰减 — 在毫秒的区域。

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    嗨、Paul:

    好的、谢谢、这是所有的好信息。

    1. 是否有任何情况下,你可以测试没有钢盘和只是铝半圈? 我理解这可能很困难。

    2. 您能尝试改变空气间隙吗? 我想知道这对您看到的行为有何影响。

    此致、
    Chase Girard