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[参考译文] LDC0851：使用 LDC0851设计3mm 的微型传感器 PCB

admin
Guru**** 1624230 points
Other Parts Discussed in Thread: LDC0851, LDC1312, LDC0851EVM, LDCCOILEVM
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/1185537/ldc0851-designing-tiny-sensor-pcb-of-3mm-using-ldc0851

器件型号：LDC0851
主题中讨论的其他器件： LDC1312、 LDCCOILEVM

大家好、团队、

   我们希望使用 LDC0851开发具有正交输出的电感编码器。目标 PCB 的尺寸为 OD-45mm 和 ID- 42mm。 我们有3mm 的空间来设计目标 PCB。

我们将在目标 PCB 上绘制32个位置的8个插槽(将使用2个 LDC0851进行正交输出)。 现在、主要部分是传感器设计。 我们希望考虑以下论坛中的传感器设计参数，即2mm 传感器设计。

https://e2e.ti.com/blogs_/b/analoguewire/posts/inductive-sensing-how-to-use-a-tiny-2mm-pcb-inductor-as-a-sensor

我很清楚、您已经使用了4层3匝电感、可提供150nH 电感、而且您还使用了47uH 电感。 这4层仅用于传感器线圈。

对于 LDC0851，它需要两个线圈基准和传感器。 有两个选项  

堆叠-我将用于传感器的前两层、最后两层用作参考。 对于更高的电感、我想放置4个具有串联组合的传感器、如 (LDC1312增量编码器旋钮32位置)

下面将介绍2个 LDC0851的传感器位置

2.并排-对于这种情况，所有4层都将是传感器，并将4层并排作为参考。 对于这一点、我可以绘制4个传感器和4 个基准、以实现更高的串联电感。

对于串联组合、我将使用高于传感器位置的位置、然后使用参考线圈的位置。

您能不能建议哪一个选项会更好。

此致、

Sayali

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    Sayali、

    感谢您的查询。
    您是否可以在考虑的两个选项中提供简单的图表(或对用户指南中的图表的引用)？

    此致、
    John

  • 0
    TI__Guru**** 1624230 points
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    您好、John、

     请考虑下面两个选项的图表，即堆叠和并排，有关详细信息，我附上了一份文档。

    e2e.ti.com/.../LDC0851-Stacked-Coil-Design-Considerations.pdf

    如果我们选择上述两个选项中的任何一个，为了增加电感，我想使用  多个串联电感器。 如下所示

    我将进行2圈、而不是3圈、并使用多个串联电感器。 请告诉我 LDC0851是否可以接受。

  • 0
    TI__Guru**** 1624230 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。

    您好、John、

        是否有任何公式可以根据几何输入(如传感器直径)计算电感。 在用户指南中、公式基于频率(快照下方)

    但在 Excel 工具中、我们首先将几何输入放置在 ID、OD、NO of 圈、SHAPE 等位置、然后计算电感和频率。

    想知道基于几何形状的电感的确切公式。

    甚至请在 Excel 工具中详细说明自感和总电感之间的关系

    此致、

    Sayali

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    Sayali、

    该工具中使用的表达式与  IEEE 白皮书中描述的表达式非常相似。

    每层自感是单层螺旋的电感、而总电感涵盖构成单个电感器的多层的总电感。 总电感不是单层电感的简单总和。

    此致、
    John

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    您好 John，

     感谢您提供信息。

    将进行检查并提供反馈。

    此致、

    Sayali

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    您好、John、

        我们对 LDC0851EVM 进行了一些实验，下面是它的详细信息。

    1.我们删除了以下 现有传感器参考线圈(叠层配置)(直径20mm)

    2.为了代替上述线圈，我将 OD-3mm 线圈置于并排配置中的传感器和基准的3圈线圈(以下为相同的快照)

    3.当我单独测量高于 PCB 的电感(即 OD-3mm、3号弯)时、电感为4uH、根据 LDCCOILEVM 的用户指南、最高电感为0.28uH。

    在 使用 LDC0851并排配置传感器和参考 PCB 后(下面的快照)、它会提供所需的输出方式、即通过在传感器输出上放置金属来降低 LED 电平、否则 LED 为高电平、LED 为关断

    5.根据使用微型 PCB 的论坛之一(https://e2e.ti.com/blogs_/b/analoguewire/posts/inductive-sensing-how-to-use-a-tiny-2mm-pcb-inductor-as-a-sensor)，我们需要串联附加电感器。 但在我的情况下、当我将4.7uH 电感器与线圈 PCB 串联时、输出始终为低电平、即无论目标是否存在、LED 始终亮起。

    6.can 您可以帮助我们识别 LDC0851的电感范围，它采用小传感器和参考线圈并排排列。

    7.我们希望使用 LDC0851设计具有微型传感器线圈排列的编码器、我们的计算结果和实际结果与您的 Excel 工具不匹配。

    此致、

    Sayali

  • 0
    TI__Guru**** 1624230 points
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    Sayali、

    第一步是确认 EVM 和传感器线圈之间的连接。

    此外、最佳做法之一是、由于寄生电感和电容、尽可能缩短连接。
    请尝试缩短您的有线连接、如果可能、请将其双绞线。  

    此致、
    John

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    您好、John、

    在上述连接中，我将获得所需的输出，并获得更好的性能，我们将保持尽可能短的连接，问题是线圈的电感。

    该线圈的电感应是多少(OD-3mm、匝3、4mil 迹线和空间、4层。 我们已将该线圈从 LDCCOILEVM 中获取。 当我们测量突出显示的红点的电感时、我们得到4uH (micro Henry)

    但是、根据用于螺旋电感器的 Excel 工具、我们没有得到该值。 我们想知道 LDC0851传感器使用小几何规格(OD-3mm、匝数-3、4mil 迹线和空间、4层)时的传感器 PCB 范围。

    此致、

    Sayali

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    Sayali、

    "使用小几何规格的传感器 PCB 范围"是什么意思？
    使用 微型传感线圈博客中的方法时、这是否指目标与传感线圈之间的距离？

    此致、
    John

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    您好、John、

     传感器范围表示传感器 PCB 的最小和最大电感值。 我参考了微型电感器的博客，因为2mm OD，3圈的电感，4层为150nH。 由于电感较低、因此串联电阻增加了4.5uH。

    在我们的案例中、我们使用了 LDCCOILEVEM 中的设计 PCB、即序列号(OD-3mm、匝数-3、层4)。 当我们物理测量该 PCB 的电感时、结果为0.4uH (0.0004mH)。 由于该电感也很低，因此我们将4.7uH 串联，并使用 LDC0851评估板进行测试。 当我们提供电源时、无论目标是否存在、LED 始终亮起。 因此我们移除了外部4.7uH 电感，然后开始正常工作。 当目标不存在时，LED 熄灭，目标存在 LED 亮起。

    我想知道  LDCCOILEVEM 的 PCB 电感值是多少、即串行 N 号(OD-3mm、匝数-3、层4)。  

    对于 LDC0851，该 PCB 可接受的电感范围是多少。

    如果我们可以通过团队或谷歌会议等电话进行联系，以便我可以详细解释，这会更好，这需要时间，我们的项目也会陷入困境。

    此致、

    Sayali

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    Sayali、

    请注意 LDC0851数据表中给出的最小/标称/最大传感器参数：

    该表显示了1.8uH 或2.5uH 的最小电感、具体取决于电源。
    它还提供了19MHz 的典型/最大传感器频率、使用小型电感器很容易达到或超过该频率。

     《LDC 参考线圈用户指南 》中线圈 N 的 L 和 Rp 的(下图)图显示它大约等于最小电感。

    因此、可以添加一点串联电感。 同时调节 C、以确保测量的传感器频率低于19MHz 上限。

    请务必考虑引脚寄生电容(当您选择 L、C、Fres 值时、还要考虑表中所示的 Ctotal。  

    电子表格选项卡 LDC0851_calc 可帮助进行计算。 如果您有任何疑问、请尝试一下、并告知我。

    此致、
    John

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    您好、John、

     感谢你的答复。

    我了解了数据表中指定的范围。 当我 在 N 线圈上未连接外部串联电感器时、使用 LCR 表进行的电感测量值为0.4uH、非常低、并且 LDC0851EVM 评估套件 PCB 上的传感器电容为68pF。 但我仍然需要这个低值。 该值不适合 LDC0851数据表中指定的范围。

    需要确认 N 线圈的电感的确切值。 当我尝试在 LDC_Tools-ext51中验证该值时、它不匹配。

    它显示了高传感器频率会增加 L 或 C。作为参考、我再次附加了该工作表。

    我将使用线圈，因为它没有串联外部电感器，但由于电感更小，我仍获得所需结果。

    此致、

    Sayali

    e2e.ti.com/.../LDC_5F00_Tools_2D00_ext51.xlsx

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    Sayali、

    我有几个问题：

    1. 当您测量 N 线圈的电感时、您知道 LCR 表使用的频率是多少吗？
      我之所以提出这一问题、是因为由于测量设置的原因、线圈的测量电感会随频率的变化而变化
    2. 您使用线圈 N 和68pF 电容器测量什么传感器频率？
      如果您使用示波器来测量该值、请务必使用高阻抗探针、如果可以、请在探针尖端和 PCB 上的测试点之间连接一个1k 电阻器。

    此致、
    John

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    您好、John、

     我通过保持10kHz 频率测量了电感。 是否可以在结束时进行验证？

    我将获得48MHz 频率。 探针的正极侧连接到 LS、负极连接到 COM。 请告诉我是否以错误的方式进行检查。

    您是否查看了我的 Excel 电感值计算表？

    此致、

    Sayali

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    Sayali、

    您的传感器频率 听起来有点高。
    您能否通过增大传感器电容来尝试将传感器频率降低到接近典型最大值(= 19MHz)？
    该工具预测、将电容加倍将使传感器频率达到您实际测量的频率。  
    我想这意味着您可能具有一些与  传感器电容大小类似的微不足道的寄生电容。
    您的实验中需要考虑这些参数。

    此致、
    John

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    尊敬的 John：

    我厌倦了增加频率、但在这样做时、我的电路板会损坏、并将在新电路板到达时执行此实验。

    在此之前、您可以在 我的 Excel 表格中评论电感值计算份额。 需要确认 N 线圈的电感的确切值。  然后使用 Excel 工具重新检查。

    此致、

    Sayali

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    Sayali、

    如果您查看线圈 N 的频率相关图、您会发现电感随频率变化、这是正常现象。
    您可能还会注意到 、在较低频率下、电感要大得多、如您的 LCR 表所用。
    电子表格计算器未完全模拟此行为。

    我们提供的另一个电子表格- Excel_FEMM_v1p29.xlsx -在后台运行 FEMM EM 仿真、以计算线圈值的估算值、然后这些值显示在电子表格的输出字段中。  该电子表格还要求您将 它根据您的输入创建的 FEMM 仿真文件保存到桌面。
    您需要在计算机上安装 FEMM 才能使其正常工作。 您可以在 此处访问 FEMM 下载和安装程序。
    请注意、您需要为 Excel 启用宏才能运行 FEMM。  

    将线圈参数快速替换到 FEMM 电子表格中会产生0.3243uH 的电感、这比基于公式的电子表格的答案(= 0.188uH)大得多、并且比线圈 N 的图中所示的值大得多。   

    基于这些考虑、需要尝试以下两项：
    1：测量接近或处于预期传感器谐振频率的线圈电感。
    2.使用基于 FEMM 的电子表格根据线圈的机械参数计算电感。

    此致、
    John