Interfaz del codificador v4.2
Guía del usuario

Introducción

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El codificador incremental es el sensor más común utilizado para el control orientado al campo (FOC) de CC sin escobillas de imán permanente (BLDC) o motor síncrono de imán permanente (PMSM). Este sensor proporciona la posición angular relativa como salida en forma de pulsos. Un codificador de cuadratura generalmente produce dos salidas, que tienen pulsos desfasados ​​90°, como se muestra en la Figura 1. El desfase entre las dos señales A y B representa la dirección de rotación. La lógica de la interfaz del codificador utiliza la detección de bordes en los flancos ascendente y descendente de A y B, como se muestra en la Figura 2. Esto proporciona una resolución que es cuatro veces la resolución del codificador y produce una resolución muy alta a partir de un codificador de bajo costo.
La siguiente figura muestra las señales del codificador en sentido horario y antihorario.
Figura 1. Señales del codificador en sentido horario y antihorarioLa siguiente figura muestra la detección de bordes de pulsos de codificador para una mayor resolución.
Figura 2. Detección de bordes de pulsos del codificador para mayor resoluciónDespués de la detección de bordes, se utilizan contadores para obtener una posición angular del rotor en términos de un ángulo eléctrico para que pueda usarse directamente para FOC. El valor Angle_count_max representa el número total de bordes que se detectarán en una rotación mecánica del rotor. La salida del ángulo varía de 0 a 262143, donde 262143 representa 360°. La variación del ángulo de salida con respecto a los bordes se muestra en la Figura 3 para velocidad positiva y en la Figura 4 para velocidad negativa. La salida de velocidad se calcula en función de la tasa de cambio de posición angular.

Se utilizan tres parámetros para configurar la interfaz del codificador:

La siguiente figura muestra la salida Theta para la dirección positiva.
Figura 3. Salida Theta para dirección positivaLa siguiente figura muestra la salida Theta para la dirección negativa.

Figura 4. Salida Theta para dirección negativa

Resumen (Hacer una pregunta)
La siguiente tabla proporciona un resumen de las características IP de la interfaz del codificador.

Versión principal	Este documento se aplica a Encoder Interface v4.2.
Familias de dispositivos compatibles	• SoC PolarFire® • Fuego Polar •RTG4™ • IGLÚ® 2 • SmartFusion® 2
Flujo de herramientas admitido	Requiere Libero® SoC v11.8 o versiones posteriores.
Licencias	Se proporciona código RTL cifrado completo para el núcleo, lo que permite crear una instancia del núcleo con SmartDesign. La simulación, la síntesis y el diseño se pueden realizar con el software Libero. Encoder Interface tiene licencia con RTL cifrado que debe adquirirse por separado. Para más información, ver Interfaz del codificador.

Características (Hacer una pregunta)
La interfaz del codificador tiene las siguientes características clave:

• Calcula la posición angular relativa.
• Calcula la salida de velocidad filtrada.

Implementación de IP Core en Libero Design Suite (Hacer una pregunta)
El núcleo IP debe instalarse en el catálogo de IP del software Libero® SoC. Esto se hace automáticamente a través de la función de actualización del catálogo de IP en el software Libero SoC, o el núcleo de IP se puede descargar manualmente desde el catálogo.
Una vez que el núcleo IP está instalado en el catálogo de IP del software Libero SoC, el núcleo se puede configurar, generar y crear instancias dentro de la herramienta SmartDesign para incluirlo en la lista de proyectos Libero.
Utilización y rendimiento del dispositivo (Hacer una pregunta)
La siguiente tabla enumera la utilización del dispositivo utilizada para la interfaz del codificador.
Tabla 1. Utilización de la interfaz del codificador

Detalles del dispositivo		Recursos		Rendimiento (MHz)	RAM		Bloques matemáticos	Globales de chips
Familia	Dispositivo	Tablas de consulta (LUT)	DFF		LSRAM	µSRAM
SoC PolarFire®	MPFS250T	398	285	200	0	0	2	0
fuego polar	MPF300T	387	285	200	0	0	2	0
SmartFusion® 2	M2S150	400	285	140	0	0	2	0

Importante: 

1. Los datos de esta tabla se capturan utilizando la configuración típica de síntesis y diseño. La fuente de reloj de referencia de CDR se configuró en Dedicado con otros valores del configurador sin cambios.
2. El reloj está limitado a 200 MHz mientras se ejecuta el análisis de tiempo para lograr los números de rendimiento.

Descripción funcional

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La siguiente figura muestra el diagrama de bloques de la interfaz del codificador.
Figura 1-1. Diagrama de bloques a nivel de sistema de la interfaz del codificador

El bloque de interfaz del codificador convierte las señales recibidas de QA, QB en su ángulo y velocidad correspondientes. El bloque cuenta los bordes del codificador hasta que se alcanza el valor angle_count_max_i y luego comienza a contar desde cero nuevamente. El ángulo generado se escala a 262144 multiplicándolo por angle_factor_i. La velocidad se mide contando el número de eventos del codificador en un período de tiempo constante definido por la entrada speed_window_i. Se utiliza un filtro para filtrar el ruido de cuantificación de la medición de velocidad. La constante de tiempo del filtro se puede configurar usando el valor filter_factor_i usando la siguiente ecuación:
Constante de tiempo de filtro = Período de tiempo entre pulsos sucesivos de pwm midmatch _ i × 2 filter_factor_i

La entrada sensor_reset_i se utiliza para encontrar el ángulo eléctrico del motor inyectando corriente constante durante un breve período.
Cuando el motor se ha alineado con el ángulo inyectado, la salida del codificador se inicializa con 90° o 270° según la dirección de rotación inicial. Se espera que el recuento de bordes del codificador comience después de que se detecte el flanco descendente de la entrada sensor_reset_i.
La entrada clear_buffer_i se puede utilizar para restablecer el búfer de filtro, ya que se espera que el búfer de filtro se restablezca cuando el motor se detenga.
La entrada Direction_config_i se utiliza para detectar inicialmente la dirección del motor. Una vez que el motor comienza a funcionar, la dirección del motor se detecta a partir de las señales del codificador y se utiliza para generar el ángulo.

Parámetros de la interfaz del codificador y señales de la interfaz

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Esta sección analiza los parámetros en el configurador GUI de la interfaz del codificador y las señales de E/S.

2.1 Señales de Entradas y Salidas (Hacer una pregunta)
La siguiente tabla enumera los puertos de entrada y salida de Encoder Interface.

Nombre de la señal	Dirección	Descripción
restablecer_i	Aporte	Señal de reinicio asincrónica baja activa
sys_clk_i	Aporte	Reloj del sistema
fil_trig_i	Aporte	Entrada del disparador de filtro. En esta entrada debe proporcionarse un impulso de temporización de un ancho de ciclo de reloj. La periodicidad del pulso determina la samptiempo de espera.
dirección_config_i	Aporte	Broca de configuración de dirección: se utiliza en el momento de la calibración para alinear el rotor. Cuando es 1, alinea el rotor para arrancar en el sentido contrario a las agujas del reloj o cuando es 0, alinea el rotor para arrancar en el sentido de las agujas del reloj.
clear_buffer_i	Aporte	Limpia el buffer del filtro generalmente cuando el motor está parado. Se debe introducir un pulso de un ciclo de reloj cada vez que se detiene el motor.
sensor_reset_i	Aporte	Señal de reinicio del sensor: Cuando se establece en 1, el ángulo del rotor se restablece al equivalente de 90° o 270° según lo determinado por la entrada direction_config_i. Cuando se establece en 0 (cero), funcionamiento normal.
qa_i	Aporte	Entrada de codificador A
qb_i	Aporte	Entrada de codificador B
factor_velocidad_i	Aporte	Multiplicador de escala de salida de velocidad
factor_ángulo_i	Aporte	Multiplicador de escala de salida de ángulo
ángulo_count_max_i	Aporte	Valor de recuento de ángulo máximo en términos de eventos de pulso del codificador.
velocidad_ventana_i	Aporte	La ventana de tiempo para el cálculo de la velocidad, especificada en múltiplos de 10 µs. Una ventana de tiempo más grande proporciona una mejor resolución de velocidad pero tiene una mayor latencia. Se debe utilizar una ventana de tiempo más pequeña para una respuesta de alta velocidad dinámica.
factor_filtro_i	Aporte	Valor del factor de filtro para el filtro: si el valor es n, la constante de tiempo del filtro es 2^n veces la sampTiempo de funcionamiento del filtro definido por filt_trig_i.
dir_o	Producción	Señal de dirección generada en base a las señales de entrada del codificador.
velocidad_done_o	Producción	Indica que el cálculo de velocidad está listo para filtrar (al final de la ventana de velocidad). Se genera un pulso de un ancho de ciclo sys_clk_i.
speed_filter_done_o	Producción	Indica que la velocidad de salida después del filtrado es válida (en el puerto de salida omega_out_o). Se genera un pulso de un ancho de ciclo sys_clk_i.
omega_out_o	Producción	Salida de velocidad del rotor después del filtrado: adecuada para usar como retroalimentación de velocidad en la operación de control de velocidad.
ángulo_fuera_o	Producción	Salida de ángulo eléctrico apta para FOC.
line_count_o	Producción	Especifica la posición del rotor en términos de número de líneas del codificador (incrementos) desde el último reinicio del sensor. Adecuado para uso con operaciones de control de posición.

Diagramas de tiempo

(Hacer una pregunta)
Esta sección analiza el diagrama de temporización de la interfaz del codificador.
La siguiente figura muestra el diagrama de tiempos de la interfaz del codificador.
Figura 3-1. Diagrama de sincronización de la interfaz del codificador

Banco de pruebas

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Se utiliza un banco de pruebas unificado para verificar y probar la interfaz del codificador llamado banco de pruebas de usuario. Se proporciona Testbench para comprobar la funcionalidad de la IP de la interfaz del codificador.

Simulación 4.1 (Hacer una pregunta)
Los siguientes pasos describen cómo simular el núcleo utilizando el banco de pruebas:

1. Abra Libero SoC, haga clic en la pestaña Catálogo y luego haga clic en Soluciones-MotorControl.
2. Haga doble clic en Interfaz del codificador y luego haga clic en Aceptar. La documentación asociada con la IP se enumera en Documentación.
   Importante: Si no ve la pestaña Catálogo, haga clic en View, abra el menú de Windows y luego haga clic en Catálogo para hacerlo visible.
   Figura 4-1. Interfaz de codificador IP Core en el catálogo Libero SoC
3. En la pestaña Jerarquía de estímulos, haga clic en el banco de pruebas ( encoder_interface_tb.v), seleccione Simular diseño PreSynth y luego haga clic en Abrir interactivamente.

Importante: Si no ve la pestaña Jerarquía de estímulos, haga clic en View, abra el menú de Windows y luego haga clic en Jerarquía de estímulos para hacerlo visible.

Figura 4-2. Simulación del diseño previo a la síntesis

ModelSim se abre con el banco de pruebas file como se muestra en la siguiente figura.

Figura 4-3. Ventana de simulación de ModelSim

Importante: Si la simulación se interrumpe debido al límite de tiempo de ejecución especificado en el .do file, use el comando run -all para completar la simulación.

Historial de revisiones

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El historial de revisiones describe los cambios que se implementaron en el documento. Los cambios se enumeran por revisión, comenzando con la publicación más reciente.

Tabla 5-1. Revisión histórica

Revisión	Fecha	Descripción
A	03/2023	La siguiente es la lista de cambios en la revisión A del documento: • Migré el documento a la plantilla Microchip. • Se actualizó el número de documento a DS00004913A de 50200659. • Adicional 3. Diagramas de tiempo. • Adicional 4. Banco de pruebas.
3.0	—	El siguiente es un resumen de los cambios realizados en esta revisión: • Se agregó la versión IP al título del documento. • Se agregaron señales de salida speed_done_o y speed_filter_done_o. • Se eliminó la sección Parámetro de configuración de Implementación de hardware.
2.0	—	Se actualizó el documento con las nuevas señales de salida.
1.0	—	La revisión 1.0 fue la primera publicación de este documento.

Compatibilidad con microchips FPGA

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El grupo de productos FPGA de Microchip respalda sus productos con varios servicios de soporte, incluido el Servicio al cliente, el Centro de soporte técnico al cliente, un websitio y oficinas de ventas en todo el mundo. Se sugiere a los clientes que visiten los recursos en línea de Microchip antes de ponerse en contacto con el soporte, ya que es muy probable que sus consultas ya hayan sido respondidas.
Comuníquese con el Centro de Soporte Técnico a través del websitio en www.microchip.com/support. Mencione el número de pieza del dispositivo FPGA, seleccione la categoría de caso adecuada y cargue el diseño files al crear un caso de soporte técnico.
Comuníquese con el Servicio de atención al cliente para obtener soporte no técnico del producto, como precios de productos, actualizaciones de productos, información actualizada, estado de pedidos y autorización.

• Desde América del Norte, llame al 800.262.1060
• Desde el resto del mundo, llame al 650.318.4460
• Fax, desde cualquier parte del mundo, 650.318.8044

Información del microchip

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el microchip Websitio (Hacer una pregunta)

Microchip ofrece soporte en línea a través de nuestro websitio en www.microchip.com/. Este webEl sitio se utiliza para hacer files e información fácilmente accesibles para los clientes. Algunos de los contenidos disponibles incluyen:

• Soporte de producto – Hojas de datos y erratas, notas de aplicación y sampprogramas, recursos de diseño, guías de usuario y documentos de soporte de hardware, últimas versiones de software y software archivado
• Soporte técnico general – Preguntas frecuentes (FAQ), solicitudes de soporte técnico, grupos de discusión en línea, lista de miembros del programa de socios de diseño de Microchip
• El negocio de los microchips – Selector de productos y guías de pedido, los últimos comunicados de prensa de Microchip, lista de seminarios y eventos, listas de oficinas de ventas, distribuidores y representantes de fábrica de Microchip

Servicio de Notificación de Cambio de Producto (Hacer una pregunta)
El servicio de notificación de cambios de productos de Microchip ayuda a mantener a los clientes actualizados sobre los productos de Microchip. Los suscriptores recibirán una notificación por correo electrónico cada vez que haya cambios, actualizaciones, revisiones o erratas relacionadas con una familia de productos específica o una herramienta de desarrollo de interés.
Para registrarse, vaya a www.microchip.com/pcn y siga las instrucciones de registro.

Atención al cliente (Hacer una pregunta)
Los usuarios de productos Microchip pueden recibir asistencia a través de varios canales:

• Distribuidor o Representante
• Oficina de ventas local
• Ingeniero de soluciones integradas (ESE)
• Apoyo técnico

Los clientes deben comunicarse con su distribuidor, representante o ESE para obtener asistencia. También hay oficinas de ventas locales disponibles para ayudar a los clientes. En este documento se incluye una lista de oficinas de ventas y ubicaciones.
El soporte técnico está disponible a través de websitio en: www.microchip.com/support

Característica de protección de código de dispositivos de microchip (Hacer una pregunta)
Tenga en cuenta los siguientes detalles de la función de protección de código en los productos Microchip:

• Los productos de Microchip cumplen con las especificaciones contenidas en su hoja de datos de Microchip particular.
• Microchip cree que su familia de productos es segura cuando se utiliza de la manera prevista, dentro de las especificaciones de funcionamiento y en condiciones normales.
• Microchip valora y protege agresivamente sus derechos de propiedad intelectual. Los intentos de infringir las funciones de protección del código del producto Microchip están estrictamente prohibidos y pueden violar la Ley de derechos de autor del milenio digital.
• Ni Microchip ni ningún otro fabricante de semiconductores puede garantizar la seguridad de su código. La protección del código no significa que garanticemos que el producto sea “irrompible”. La protección del código evoluciona constantemente. Microchip se compromete a mejorar continuamente las características de protección del código de nuestros productos.

Aviso legal (Hacer una pregunta)

Esta publicación y la información contenida en este documento solo se pueden usar con productos de Microchip, incluso para diseñar, probar e integrar productos de Microchip con su aplicación. El uso de esta información de cualquier otra manera viola estos términos. La información sobre las aplicaciones del dispositivo se proporciona solo para su conveniencia y puede ser reemplazada por actualizaciones. Es su responsabilidad asegurarse de que su aplicación cumpla con sus especificaciones. Comuníquese con su oficina local de ventas de Microchip para obtener soporte adicional u obtenga soporte adicional en www.microchip.com/en-us/support/design-help/client-support-services.

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Documentos / Recursos

Interfaz del codificador MICROCHIP v4.2 [pdf] Guía del usuario v4.2 Interfaz del codificador, v4.2, Interfaz del codificador, Interfaz

Referencias

• Manual de usuario