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[参考译文] LDC1614：定制感应传感平面线圈设计

admin
Guru**** 1110240 points
Other Parts Discussed in Thread: LDC1614, LDC1612
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/1113544/ldc1614-custom-inductive-sensing-planar-coil-design

器件型号：LDC1614

大家好、

我设计了一个与 LDC1614协同工作的原型板、并希望向 TI 工程师寻求一些建议。 TI 始终为您提供超级有用的帮助  

电路板的目标如下：

-0.1度分辨率(0.5度仍可接受)

-将放置在全铝部件中、其中也有移动的铝。 移动的铝将与传感器相差0.7mm 至1.5cm。

电路板将采用非常小的封装感应、需要检测电弧(120度)中的目标移动

我们的目标是在目标通过电感时感应电感的变化。 我们对绝对电感和 LC 振荡电路频率并不关心、只关心与校准点的相对变化。

设计如下：

规格：

-层：4层或6层
-布线宽度：4mil
-间距：4mil
-电路板边缘到最接近的布线间距：4mil
-过孔外径：16密耳。 电路板中间有足够的空间、因此我们可以进行20mil 的处理
-过孔内径：10密耳。 会更大。
印刷电路板厚度：0.8mm

电感线圈将放置在6层上(如下图所示顺时针旋转和逆时针逐层变化)

图片：






您可能需要单击图像以获得查看传感器之间空间所需的分辨率。 左上角的小矩形表示连接器的空间。 0201电感器和电容器将放置在连接到此板的柔性电缆上。 电路板为150度、但我们只需感应120度的运动。  

目标将是具有上述精确外形的 PCB、只不过它只是实心铜。

请注意、中间的空间是总面积的31%、这是我从 本文中得到的一个提示。

使用 LDC1614时的仿真性能

我估计线圈是正方形的。 我们可以想象、如果向上弯曲布线、线圈将变成矩形。 矩形的高度大约为4.8mm、长度大约为9mm (大约)。

使用 TI 的 WEBENCH 线圈设计器、我将参数设置为方形线圈、每层8匝、4层厚度、4.8mm 外径、4mil 迹线宽度和4mil 迹线间距。 结果如下：



线圈大约为3.01uH、使用1000pF 的并联电容器时、传感器频率大约为3MHz。

以下是我有的一些问题

这是我第一次建造这样的东西。 您是否看到任何令人惊讶的错误？ 0.5度精度和分辨率最小要求是否太高？
-我在上面提到的 TI 白皮书提到"对于大多数应用、保持传感器内部30%的区域不缠绕、但对于电感式金属按钮的更换、应尽可能多地放置匝数。" 它没有提到为什么？  
——既然这会在移动金属周围运作，我们是否预见到有任何问题？
-到最近迹线的边缘间隙为4mil，我们是否应该将其推向更远的距离？  

  • 0
    TI__Guru**** 1110240 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。

    Marko、

    感谢您的发帖以及您对 TI 产品的兴趣。

    在您的第二个问题中、有关使用尽可能多的匝数的建议 有两个注意事项。
    第一、使用尽可能多的匝数可最大限度地提高传感器 和 LDC 器件的灵敏度。
    在这种限制下、与其他应用相比、目标需要更靠近传感器。
    这些因素对于 按钮来说是可以的、但对于其他位置感应应用而言可能不是很好。

     对周围金属的潜在敏感性取决于其与 目标的竞争方式、从而对 线圈产生影响。
    与 目标距离(或更近)相同的周围金属可 降低目标的影响、降低分辨率。
    如果周围的金属离得远一些、则可能是可以的。  
    附近金属(和目标)的任何振动或移动都会导致传感器电感发生变化、这看起来像是 LDC 输出上的噪声。

    与线圈具有相同外形尺寸的目标将导致角度估算的模糊性。
    换句话说、您的系统将无法区分目标是部分覆盖传感器的一端还是另一端。  
    要解决这一问题、您的目标需要从一端逐渐达到另一端。  
    我们的一个应用手册对此提供了一些指导。   有关更多信息、请参阅 LDC1612/LDC1614线性位置感应。
    我们还有一个可能对您的应用有所帮助的参考设计。  
    请查看参考设计 TIDA-00508：使用 LDC1314电感数字转换器的1度转盘参考设计。
    它使用辅助传感器和锥形目标来实现0.1°角分辨率。

    最后一个问题的答案取决于系统的机械结构和容差以及传感器周围的材料。  
    我没有明确的答案。

    您可能可以通过考虑跑道线圈形状来获得更接近您的线圈的近似值。
    您可以在我们 基于 Excel 的 感应传感设计计算器工具中使用此形状设计线圈。
      我们的电感式感应博客中提供了有关使用该工具的信息、以及有关电感式感应的大量其他信息、包括 如何屏蔽金属干扰 和 电感式感应：目标尺寸很重要。

     此致、
    John

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    TI__Guru**** 1110240 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。

    尊敬的 John：

    感谢您的建议。 基于 Excel 的感应传感设计计算器工具非常有用！

    我已经制作了一个新的电路板、并且有几个问题。 这是电路板本身：







    我再次使用了：

    - 4mil 迹线间距
    - 4mil 布线宽度

    我使用了 Excel 计算器、并输入了所有这些参数：



    传感器电感为0.715uH。 这似乎太低了？ 我在一些 TI 文章中读到过、理想情况下、您希望传感器电感器中的电流为1uH 至3uH。 可以添加串联电感器、但您认为如果实际线圈电感较低、它将有任何作用。 我认为此设计真正突破了 LDC1614的极限和电感式传感的概念。  

    一些有针对性的问题：

    1) 1) 0.715uH 的传感器电感是否过低、无法获得任何有用的结果？  
    2) 2)串联电感器可能为1uH、对于提高分辨率是否有帮助？  
    3) 3)在6.7MHz 工作频率下、您是否会建议电感线圈之间使用接地平面？
    4) 4)您是否认为"赛道"模型对这种类型的线圈进行了高估？ 我假设我设计的线圈的电感低于 Excel 工作表确定的电感。

    感谢你的帮助。 我们确实希望我们的设计能够与 LDC1614 (或任何其他 TI LDC)配合使用、如果我们能够正常工作、那将是令人惊叹的。

    此致、
    Marko

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    TI__Guru**** 1110240 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。

    Marko、

    1) 0.715uH 本身可能不会太低、但相关的 Rp 小于1kΩ Ω 的建议最小值的一半、小于绝对最小值的2倍(= 250Ω Ω)。 因此、Q 也会稍微低一些。 这可能 会在  低侧保持传感器波形振幅、从而降低分辨率。  
    2)  2)ΔF ΔL 考虑串联电感器、但虽然它会增加总电感、但随着目标在该范围内移动、它可以减小传感器的 Δ I、因为添加的电感器会降低 Δ I。 这可能对您的设计无关紧要、但在您向前迈进时、请记住这一点。
    请查看 我们的电感式传感博客、了解如何将串联电感器添加到小型传感线圈。
    3) 3)我不确定我是否理解此问题的所有要点、但总的来说 、线圈之间的接地平面会掩盖目标的影响、从而降低分辨率。  
    4) 4)诚实的答案是我不知道。 我们目前没有工具可以更严格地看待这一点、但它们正在开发中。 希望在接下来的几个月中、我们将能够快速检查 Excel 工具未覆盖的线圈形状。  

    但愿这对您有所帮助。 如果您有任何疑问、请告诉我、请告诉我设计是如何进行的。

    此致、
    John

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    TI__Guru**** 1110240 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。

    很棒的约翰！ 感谢您的提示。 似乎我们愿意尝试此设计、但正如您提到的、低 Q 因子使我们有点犹豫。  

    我可能应该在前面提到过我们的用例、但我们正在研究感应传感、以便在类人机器人中进行联合角度传感。 您可以想象、我们需要极小的封装尺寸才能满足手持需求。 一只手需要大约24个不同的传感器。

    我与我们的机械工程师交谈、结果他们无法满足上述电路板的要求。 电路板尺寸还可以、但如果我们要逐渐增加与目标的重叠面积、这会太大。 这是因为目标必须与电感线圈具有相同的尺寸。 开始时不会出现重叠(0位置)、运动结束时、目标将完全覆盖电感线圈(结束位置)。  

    我们讨论并看到、我们也许可以尝试此处所述的拉伸线圈： https://www.ti.com/lit/an/snoa931a/snoa931a.pdf?ts=1656995802831&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F



    这对我们来说非常好、因为我们可以使用类似的电路板尺寸、但目标尺寸要小得多。 下面是我所做的工作：  


    左侧绕组的间距为0.406mm (16mil)、右侧走线的间距为4mil。  

    我假设小矩形目标穿过此区域时、它穿过的线圈密度将在整个路径上变化。 这将为每个位置提供来自 LDC 的唯一代码输出。 我可以看到、分辨率会有所不同、有些区域比其他区域更敏感。  

    TI 是否有任何工具来模拟有电感的线圈？

    很抱歉、对于所有问题、我们确实在突破极限、但仍处于这种方法的最后阶段。 您的建议对于帮助我们评估最佳前进道路非常有帮助。  

    如果可能、您是否愿意与我的团队和我就我们的用例进行快速在线呼叫？ 我们将能够详细了解我们的设计、面临的挑战以及我们希望电感式传感应用于何处。 您可能会比我们更好地判断最佳方法。  

    感谢您的所有帮助、
    Marko

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    TI__Guru**** 1110240 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。

    Marko、

    很抱歉、我们没有用于设计或仿真拉伸线圈的工具。  

    您是否有 TI 销售工程师或现场工程师为您或您的公司提供支持？
    他们需要安排电话。

    此致、
    John

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    TI__Guru**** 1110240 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。

    没有、我们没有现场工程师为我们提供支持、是否有与一个工程师互动的流程？

    谢谢、
    Marko

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    TI__Guru**** 1110240 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。

    Marko、

    我不确定具体的程序、但很可能会有一段时间。

    共享系统和用例的文档将会更快、以便我们提供反馈。  

    我不愿意在公开论坛中分享、那么我们可以通过此论坛的消息传递功能来交换信息。

    请告诉我您想要做什么。


    此致、
    John