編碼器介面 v4.2
使用者指南
介紹
（問一個問題）
增量編碼器是用於永磁無刷直流 (BLDC) 或永磁同步馬達 (PMSM) 磁場定向控制 (FOC) 的最常見感測器。此感測器以脈衝形式輸出相對角位置。正交編碼器通常產生兩個輸出，其脈衝相移 90°，如圖 1 所示。編碼器介面邏輯在A 和B 的上升沿和下降沿上使用邊緣檢測，如圖2 所示。高的分辨率。
下圖顯示了順時針和逆時針方向的編碼器訊號。
圖 1. 順時針和逆時針方向的編碼器訊號
下圖顯示了編碼器脈衝的邊緣偵測以獲得更高解析度。
圖 2. 編碼器脈衝的邊緣偵測以獲得更高解析度
邊緣檢測後，計數器用於獲取以電角度表示的轉子角位置，以便可以直接用於 FOC。 Angle_count_max 值表示轉子一次機械旋轉中將偵測到的邊緣總數。角度輸出範圍為 0 至 262143，其中 262143 代表 360°。角度輸出相對於邊緣的變化如圖 3 所示（正速度）和圖 4（負速度）。速度輸出是根據角位置的變化率計算的。
三個參數用於配置編碼器介面：
下圖顯示了正方向的 Theta 輸出。
圖 3. 正方向的 Theta 輸出
下圖顯示了負方向的 Theta 輸出。
圖 4. 負方向的 Theta 輸出
概括 （問一個問題）
下表提供了編碼器介面 IP 特性的摘要。
| 核心版本 | 本文檔適用於編碼器介面 v4.2。 |
| 支援的設備系列 | • PolarFire® SoC • 極火 • RTG4™ • 冰屋® 2 • SmartFusion® 2 |
| 支持的工具流程 | 需要 Libero® SoC v11.8 或更高版本。 |
| 授權 | 為核心提供完整的加密RTL程式碼，使核心能夠透過SmartDesign實例化。可使用 Libero 軟體執行模擬、綜合和佈局。 編碼器介面已獲得加密 RTL 許可，必須單獨購買。有關更多信息，請參閱 編碼器接口. |
特徵 （問一個問題）
編碼器介面具有以下主要特性：
- 計算相對角位置
- 計算濾波後的速度輸出
在 Libero Design Suite 中實現 IP 核 （問一個問題）
IP 核必須安裝到 Libero® SoC 軟體的 IP 目錄中。這是透過 Libero SoC 軟體中的 IP 目錄更新功能自動完成的，也可以從目錄中手動下載 IP 核。
一旦 IP 核安裝在 Libero SoC 軟體 IP 目錄中，就可以在 SmartDesign 工具中設定、產生和實例化該核，以便包含在 Libero 專案清單中。
設備利用率和性能 （問一個問題）
下表列出了用於編碼器介面的設備利用率。
表 1. 編碼器介面使用率
| 設備詳細信息 | 資源 | 性能（兆赫） | RAM | 數學積木 | 全球芯片 | |||
| 家庭 | 裝置 | 查找表 | 直方圖 | 大容量靜態隨機存取存儲器 | μSRAM | |||
| PolarFire® SoC | MPFS250T | 398 | 285 | 200 | 0 | 0 | 2 | 0 |
| 極地火 | 強積金300T | 387 | 285 | 200 | 0 | 0 | 2 | 0 |
| 智能融合®2 | M2S150 | 400 | 285 | 140 | 0 | 0 | 2 | 0 |
重要的：
- 此表中的數據是使用典型的綜合和佈局設置捕獲的。 CDR 參考時鐘源設置為專用，其他配置器值不變。
- 在運行時序分析以實現性能數字時，時鐘被限制為 200 MHz。
功能說明
（問一個問題）
下圖為編碼器介面框圖。
圖 1-1。編碼器介面的系統級框圖
編碼器介面區塊將從 QA、QB 接收到的訊號轉換為其對應的角度和速度。此區塊對編碼器邊緣進行計數，直到達到angle_count_max_i 值，然後再次從零開始計數。產生的角度透過乘以 angle_factor_i 縮放至 262144。速度是透過計算 speed_window_i 輸入定義的恆定時間段內編碼器事件的數量來測量的。濾波器用於濾除速度測量中的量化雜訊。濾波器時間常數可以透過以下等式使用filter_factor_i值來配置：
濾波器時間常數 = pwm midmatch _ i × 2 filter_factor_i 的連續脈衝之間的時間週期
Sensor_reset_i 輸入用於透過在短時間內注入恆定電流來尋找馬達電角度。
當馬達與注入角度對齊時，編碼器輸出會根據初始旋轉方向初始化為 90° 或 270°。編碼器邊緣計數預計在偵測到sensor_reset_i 輸入的下降沿後開始。
clear_buffer_i 輸入可用於重置濾波器緩衝區，因為濾波器緩衝區預計會在馬達停止時重置。
Direction_config_i 輸入用於初始偵測馬達方向。一旦馬達開始運行，就會從編碼器訊號中偵測馬達方向並用於產生角度。
編碼器介面參數及介面訊號
（問一個問題）
本節討論編碼器介面 GUI 配置器和 I/O 訊號中的參數。
2.1 輸入和輸出訊號 （問一個問題）
下表列出了編碼器介面的輸入和輸出埠。
| 訊號名稱 | 方向 | 描述 |
| 重置_i | 輸入 | 低電平有效異步復位訊號 |
| 系統時鐘_i | 輸入 | 系統時鐘 |
| fil_trig_i | 輸入 | 過濾觸發輸入。必須在此輸入處提供一個時脈週期寬度的定時脈衝。脈衝的周期性決定了samp玲時間。 |
| 方向配置_i | 輸入 | 方向配置位元 – 校準時用於對齊轉子。當為 1 時，對齊轉子逆時針啟動；當為 0 時，對齊轉子順時針啟動。 |
| 清除緩衝區_i | 輸入 | 一般在馬達停止時清除濾波器緩衝區。 每次馬達停止時必須輸入一個時脈週期寬度的脈衝。 |
| 感測器_重置_i | 輸入 | 感測器復位訊號： 當設定為 1 時，轉子角度將重設為 90° 或 270°（由 Direction_config_i 輸入決定）。 設定為0（零）時，正常運作。 |
| qa_i | 輸入 | 編碼器輸入A |
| qb_i | 輸入 | 編碼器輸入B |
| 速度係數_i | 輸入 | 速度輸出縮放倍數 |
| 角度因子_i | 輸入 | 角度輸出縮放倍數 |
| 角度計數最大i | 輸入 | 以編碼器脈衝事件表示的最大角度計數值。 |
| 速度視窗_i | 輸入 | 速度計算的時間窗口，以 10 µs 的倍數指定。較大的時間窗口可提供更好的速度分辨率，但延遲較高。為了實現高動態速度響應，必須使用較小的時間視窗。 |
| 過濾因子_i | 輸入 | 濾波器的濾波器係數值 – 若值為 n，則濾波器時間常數為 2^n 乘以 samp由 filt_trig_i 定義的濾波器的運行時間。 |
| 目錄 | 輸出 | 根據編碼器輸入訊號產生方向訊號。 |
| 速度_完成_o | 輸出 | 指示速度計算已準備好進行過濾（在速度視窗末尾）。產生一個 sys_clk_i 週期寬度的脈衝。 |
| speed_filter_done_o | 輸出 | 表示濾波後的速度輸出有效（在omega_out_o輸出埠）。產生一個 sys_clk_i 週期寬度的脈衝。 |
| 歐米茄_輸出_o | 輸出 | 濾波後的轉子速度輸出－適合用作速度控制操作中的速度回授。 |
| 角度輸出 | 輸出 | 適合FOC的電角度輸出。 |
| 行數o | 輸出 | 以自上次感測器重設以來的編碼器線數（增量）指定轉子位置。適用於位置控制操作。 |
時序圖
（問一個問題）
本節討論編碼器介面時序圖。
下圖為編碼器介面時序圖。
圖 3-1。編碼器介面時序圖
試驗台
（問一個問題）
一個統一的測試平台用於驗證和測試編碼器接口，稱為用戶測試平台。提供測試平台來檢查編碼器介面 IP 的功能。
4.1 仿真 （問一個問題）
以下步驟描述瞭如何使用測試台模擬內核：
- 開啟 Libero SoC，按一下「目錄」選項卡，然後按一下「解決方案-MotorControl」。
- 雙擊編碼器接口，然後按一下確定。與 IP 相關的文檔列在文檔下。
重要的： 如果您沒有看到“目錄”選項卡，請按一下 View，開啟 Windows 選單，然後按一下目錄以使其可見。
圖 4-1。 Libero SoC 目錄中的編碼器介面 IP 核
- 在“刺激層次結構”標籤上，按一下測試台 (encoder_interface_tb.v)，指向“模擬 PreSynth 設計”，然後按一下“互動式開啟”。
重要的： 如果您沒有看到「刺激層次結構」選項卡，請按一下 View，開啟 Windows 選單，然後按一下刺激層次結構以使其可見。
圖 4-2。 模擬預綜合設計
ModelSim 打開測試台 file 如下圖所示。
圖 4-3。 ModelSim 仿真窗口
重要的： 如果仿真由於 .do 中指定的運行時間限製而中斷 file，使用run -all命令完成模擬。
修訂歷史
（問一個問題）
修訂歷史記錄描述了文件中實施的變更。變更按修訂版列出，從最新出版物開始。
表 5-1。 修訂記錄
| 修訂 | 日期 | 描述 |
| A | 03/2023 | 以下是該文件修訂版 A 的變更清單： • 將文件移植到Microchip 範本。 • 將文件編號從00004913 更新為DS50200659A。 • 添加 3.時序圖. • 添加 4. 試驗台. |
| 3.0 | — | 以下是本次修訂的變更摘要： • 在文件標題中新增了IP 版本。 • 新增了speed_done_o 和speed_filter_done_o 輸出訊號。 • 從硬體實作中刪除了設定參數部分。 |
| 2.0 | — | 使用新的輸出訊號更新了文件。 |
| 1.0 | — | 1.0 版是本文檔的首次發布。 |
微芯片 FPGA 支持
（問一個問題）
Microchip FPGA 產品組為其產品提供各種支持服務，包括客戶服務、客戶技術支持中心、 web網站和全球銷售辦事處。 建議客戶在聯繫支持之前訪問 Microchip 在線資源，因為他們的查詢很可能已經得到解答。
通過以下方式聯繫技術支持中心 web站點位於 www.microchip.com/support. 提及 FPGA 器件部件號，選擇合適的案例類別，然後上傳設計 files 同時創建技術支持案例。
聯繫客戶服務以獲得非技術產品支持，例如產品定價、產品升級、更新信息、訂單狀態和授權。
- 來自北美，請致電 800.262.1060
- 來自世界其他地方，請致電 650.318.4460
- 傳真，來自世界任何地方，650.318.8044
微芯資訊
微芯片 Web地點 （問一個問題）
Microchip 透過我們的網站提供線上支持 web站點位於 www.microchip.com/。這 web網站用於製作 file客戶可以輕鬆獲取資訊和資訊。一些可用的內容包括：
- 產品支援 – 數據表和勘誤表、應用筆記和 samp文件程式、設計資源、使用者指南和硬體支援文件、最新軟體版本和存檔軟體
- 一般技術支持 – 常見問題 (FAQ)、技術支持請求、在線討論組、Microchip 設計合作夥伴計劃成員列表
- 微芯科技業務 – 產品選擇器和訂購指南、最新的 Microchip 新聞稿、研討會和活動列表、Microchip 銷售辦事處、分銷商和工廠代表列表
產品變更通知服務 （問一個問題）
Microchip 的產品變更通知服務有助於讓客戶了解 Microchip 產品的最新信息。 每當有與特定產品系列或感興趣的開發工具相關的更改、更新、修訂或勘誤表時，訂閱者都會收到電子郵件通知。
要註冊，請訪問 www.microchip.com/pcn 並依照註冊說明進行操作。
客戶支援 （問一個問題）
Microchip 產品的使用者可以透過多種管道獲得協助：
- 經銷商或代表
- 當地銷售辦事處
- 嵌入式解決方案工程師 (ESE)
- 技術支援
客戶應聯絡其經銷商、代表或 ESE 尋求支援。當地銷售辦事處也可以為客戶提供協助。本文檔中包含銷售辦事處和地點的清單。
技術支援可透過 web網站位於： www.microchip.com/support
Microchip 設備代碼保護功能 （問一個問題）
請注意 Microchip 產品上代碼保護功能的以下詳細資訊：
- Microchip 產品符合其特定 Microchip 資料表中所包含的規格。
- Microchip 相信，其產品系列在按預期方式、符合操作規範和正常條件下使用時是安全的。
- Microchip 重視並積極保護其知識產權。 嚴禁嘗試違反 Microchip 產品的代碼保護功能，這可能違反《數字千年版權法》。
- Microchip 或任何其他半導體製造商都無法保證其程式碼的安全性。代碼保護並不意味著我們保證產品「牢不可破」。代碼保護不斷發展。 Microchip 致力於不斷改進我們產品的程式碼保護功能。
法律聲明 （問一個問題）
本出版物及其信息僅可用於 Microchip 產品，包括設計、測試 Microchip 產品並將其與您的應用程序集成。 以任何其他方式使用此信息均違反這些條款。 有關設備應用程序的信息僅為您提供方便而提供，可能會被更新所取代。 您有責任確保您的應用程序符合您的規範。 如需更多支持，請聯繫您當地的 Microchip 銷售辦事處，或通過以下網址獲取更多支持 www.microchip.com/en-us/support/design-help/client-support-services.
此資訊由 MICROCHIP 「按原樣」提供。 MICROCHIP 不就這些資訊做出任何明示或暗示、書面或口頭、法定或其他形式的陳述或保證，包括但不限於不侵權、適銷性和特定用途適用性的任何暗示保證，或保證與其狀況、質量或性能有關。
在任何情況下，MICROCHIP 均不對與本資訊或其使用相關的任何類型的間接、特殊、懲罰性、附帶或後果性損失、損壞、成本或費用承擔責任，無論其原因為何，即使 MICROCHIP 已被告知可能性或損害是可以預見的。在法律允許的最大範圍內，MICROCHIP 對與該資訊或其使用相關的任何方式的所有索賠的全部責任不會超過您就該資訊直接向 MICROCHIP 支付的費用金額（如果有）。
在生命維持和/或安全應用中使用 Microchip 設備的風險完全由買方承擔，買方同意為 Microchip 辯護、賠償並使 Microchip 免受因此類使用而造成的任何及所有損害、索賠、訴訟或費用。除非另有說明，否則任何 Microchip 智慧財產權均不會以暗示或其他方式授予任何授權。
商標 （問一個問題）
Microchip 名稱和徽標、Microchip 徽標、Adaptec、AVR、AVR 徽標、AVR Freaks、BesTime、BitCloud、CryptoMemory、CryptoRF、dsPIC、flexPWR、HELDO、IGLOO、JukeBlox、KeeLoq、Kleer、LANCheck、LinkMD、maXStylus、maXTouch、 MediaLB、megaAVR、Microsemi、Microsemi 標誌、MOST、MOST 標誌、MPLAB、OptoLyzer、PIC、picoPower、PICSTART、PIC32 標誌、PolarFire、Prochip Designer、QTouch、SAM-BA、SenGenuity、SpyNIC、SST、SST 標誌、SuperFlash、Symmetricom 、SyncServer、Tachyon、TimeSource、tinyAVR、UNI/O、Vectron 和 XMEGA 是 Microchip Technology Incorporated 在美國和其他國家/地區的註冊商標。
AgileSwitch、APT、ClockWorks、嵌入式控制解決方案公司、EtherSynch、Flashtec、Hyper Speed Control、HyperLight Load、Libero、motorBench、mTouch、Powermite 3、Precision Edge、ProASIC、ProASIC Plus、ProASIC Plus 徽標、Quiet-Wire、SmartFusion、 SyncWorld、Temux、TimeCesium、TimeHub、TimePictra、TimeProvider、TrueTime 和 ZL 是 Microchip Technology Incorporated 在美國的註冊商標
相鄰鍵抑制、AKS、模擬數字時代、任何電容器、AnyIn、AnyOut、增強型開關、BlueSky、BodyCom、Clockstudio、CodeGuard、CryptoAuthentication、CryptoAutomotive、CryptoCompanion、CryptoController、dsPICDEM、dsPICDEM.net、動態平均匹配, DAM, ECAN, Espresso T1S, EtherGREEN, GridTime, IdealBridge, 在線串行編程, ICSP, INICnet, 智能並聯, IntelliMOS, 芯片間連接, JitterBlocker, 顯示旋鈕, KoD, maxCrypto, maxView, memBrain, Mindi, MiWi, MPASM, MPF, MPLAB Certified logo, MPLIB, MPLINK, MultiTRAK, NetDetach, Omniscient Code Generation, PICDEM, PICDEM.net, PICkit, PICtail, PowerSmart, PureSilicon, QMatrix, REAL ICE, Ripple Blocker, RTAX , RTG4, SAM-ICE, Serial Quad I/O, simpleMAP, SimpliPHY, SmartBuffer, SmartHLS, SMART-IS, storClad, SQI, SuperSwitcher, SuperSwitcher II, Switchtec, SynchroPHY, Total Endurance, Trusted Time, TSHARC, USBCheck, VariSense, VectorBlox、VeriPHY、 ViewSpan、WiperLock、XpressConnect 和 ZENA 是 Microchip Technology Incorporated 在美國和其他國家的商標。
SQTP 是美國 Microchip Technology Incorporated 的服務商標
Adaptec 徽標、Frequency on Demand、Silicon Storage Technology 和 Symmcom 是 Microchip Technology Inc. 在其他國家/地區的註冊商標。
GestIC 是 Microchip Technology Inc. 的子公司 Microchip Technology German II GmbH & Co. KG 在其他國家的註冊商標。
本文提及的所有其他商標均為其各自公司的財產。
©2023，Microchip Technology Incorporated 及其子公司。 版權所有。
ISBN: 978-1-6683-2164-5
品質管理體系 （問一個問題）
有關 Microchip 品質管理系統的信息，請訪問 www.microchip.com/quality.
全球銷售和服務
| 美洲 | 亞太 | 亞太 | 歐洲 |
| 公司辦公室 西錢德勒大道 2355 號 亞利桑那州錢德勒 85224-6199 電話： 480-792-7200 傳真： 480-792-7277 技術支援： www.microchip.com/support Web 地址： www.microchip.com 亞特蘭大 喬治亞州德盧斯 電話： 678-957-9614 傳真： 678-957-1455 德州奧斯汀 電話： 512-257-3370 波士頓 馬薩諸塞州韋斯特伯勒 電話： 774-760-0087 傳真： 774-760-0088 芝加哥 伊利諾伊州艾塔斯卡 電話： 630-285-0071 傳真： 630-285-0075 達拉斯 德克薩斯州艾迪生 電話： 972-818-7423 傳真： 972-818-2924 底特律 密西根州諾維 電話： 248-848-4000 德州休士頓 電話： 281-894-5983 印第安納波利斯 印第安納州諾布爾斯維爾 電話： 317-773-8323 傳真： 317-773-5453 電話： 317-536-2380 洛杉磯 加州米申維耶霍 電話： 949-462-9523 傳真： 949-462-9608 電話： 951-273-7800 北卡羅來納州羅利 電話： 919-844-7510 紐約州紐約市 電話： 631-435-6000 加州聖荷西 電話： 408-735-9110 電話： 408-436-4270 加拿大 – 多倫多 電話： 905-695-1980 傳真： 905-695-2078 |
澳洲 – 雪梨 電話：61-2-9868-6733 中國 – 北京 電話：86-10-8569-7000 中國 – 成都 電話：86-28-8665-5511 中國 – 重慶 電話：86-23-8980-9588 中國 – 東莞 電話：86-769-8702-9880 中國 – 廣州 電話：86-20-8755-8029 中國 – 杭州 電話：86-571-8792-8115 中國 - 香港特別行政區 電話：852-2943-5100 中國 – 南京 電話：86-25-8473-2460 中國 – 青島 電話：86-532-8502-7355 中國 – 上海 電話：86-21-3326-8000 中國 – 沉陽 電話：86-24-2334-2829 中國 – 深圳 電話：86-755-8864-2200 中國 – 蘇州 電話：86-186-6233-1526 中國 – 武漢 電話：86-27-5980-5300 中國 – 西安 電話：86-29-8833-7252 中國 – 廈門 電話：86-592-2388138 中國 – 珠海 電話：86-756-3210040 |
印度 – 班加羅爾 電話：91-80-3090-4444 印度 - 新德里 電話：91-11-4160-8631 印度 – 浦那 電話：91-20-4121-0141 日本 - 大阪 電話：81-6-6152-7160 日本 – 東京 電話：81-3-6880-3770 韓國——大邱 電話：82-53-744-4301 韓國 – 首爾 電話：82-2-554-7200 馬來西亞–吉隆坡 電話：60-3-7651-7906 馬來西亞 – 檳城 電話：60-4-227-8870 菲律賓 – 馬尼拉 電話：63-2-634-9065 新加坡 電話：65-6334-8870 台灣 – 新竹 電話：886-3-577-8366 台灣 – 高雄 電話：886-7-213-7830 台灣 – 台北 電話：886-2-2508-8600 泰國 – 曼谷 電話：66-2-694-1351 越南——胡志明 電話：84-28-5448-2100 |
奧地利 - 韋爾斯 電話：43-7242-2244-39 傳真：43-7242-2244-393 丹麥 – 哥本哈根 電話：45-4485-5910 傳真：45-4485-2829 芬蘭 – 埃斯波 電話：358-9-4520-820 法國 – 巴黎 Tel: 33-1-69-53-63-20 Fax: 33-1-69-30-90-79 德國 – 加興 電話：49-8931-9700 德國 – 漢 電話：49-2129-3766400 德國 – 海爾布隆 電話：49-7131-72400 德國——卡爾斯魯厄 電話：49-721-625370 德國 – 慕尼黑 Tel: 49-89-627-144-0 Fax: 49-89-627-144-44 德國——羅森海姆 電話：49-8031-354-560 以色列——拉阿納納 電話：972-9-744-7705 意大利——米蘭 電話：39-0331-742611 傳真：39-0331-466781 意大利——帕多瓦 電話：39-049-7625286 荷蘭 – Drunen 電話：31-416-690399 傳真：31-416-690340 挪威 – 特隆赫姆 電話：47-72884388 波蘭 – 華沙 電話：48-22-3325737 羅馬尼亞 – 布加勒斯特 Tel: 40-21-407-87-50 西班牙 – 馬德里 Tel: 34-91-708-08-90 Fax: 34-91-708-08-91 瑞典——哥德堡 Tel: 46-31-704-60-40 瑞典 – 斯德哥爾摩 電話：46-8-5090-4654 英國 – 沃金厄姆 電話：44-118-921-5800 傳真：44-118-921-5820 |
© 2023 Microchip Technology Inc. 版權所有
及其子公司
DS00004913A
文件/資源
 |
MICROCHIP v4.2 編碼器介面 [pdf] 使用者指南 v4.2 編碼器接口，v4.2，編碼器接口，接口 |