Article

Article title MODERN DOMESTIC APPLICATION SPECIFIC INTEGRATED CIRCUITS FOR POSITION SENSORS
Authors G.V. Prokofiev, V.G. Stakhin, A.A. Obednin
Section SECTION III. EMBEDDED SYSTEMS USING MEMS SENSOR
Month, Year 03, 2015 @en
Index UDC 621.317.49
DOI
Abstract To create domestic position sensors with competitive features in Russia lacks its modern own integral component base, namely, the key components such as angle-to-code conversion chip and single-chip converter with integrated sensor elements. To resolve this issue JSC "Zelenograd Nanotechnology Center" has been developed phase of quadrature signal in the position code conversion chip (angle-to-code converter) K1382HX045 and single-chip magnetic position encoder ENC_ASIC2. Integrated circuit (IC) K1382HX045 are designed for working with sensors with sine-cosine output and allow creating position sensors with resolution up to 8192 steps on one period of input signal and with conversion time 16 us. Through wide gain trim range this IC is support connection with single sensors (magnetoresistors, Hall sensors) and with complete sine-cosine encoders with output signal with large amplitude. Also this IC have function for trim setting through one wire interface which is combined with analog output. This function used for create sensors with minimum pin numbers, for example, for automotive throttle position sensors. Was designed absolute magnetic rotary encoder based on K1382HX045 with 12 bit resolution and total error ±0.5 degree. Single chip integrated position encoder allow to create compact magnetic angle position sensors with resolution up to 4096 steps on one rotation and with conversion time up to 1 us. Feature of this circuit is sensor system that integrated on die (system on chip) with dimensionally spaced hall elements. This IC has wide range output interfaces and user settings, including support multi-turn mode and zero position settings. These integrated circuits now is single Russian development in current field and can used for creation compact and intelligent position sensors including import substitution in sensor equipment fields. Presented developments are competitive in compare to foreign analogues.

Download PDF

Keywords Encoder ASIC; position sensor; rotary encoder; throttle position sensor; angle sensor.
References 1. Сысоева С. Автомобильные датчики положения. Современные технологии и новые перспективы. Ч. 12. Актуальные классические принципы оптоэлектроники в автоэлектронике. Компоненты и технологии. – 2006. – № 5.
2. Absolute Encoder Design: Magnetic or Optical? IC-Haus white paper, 2012, http://www.ichaus.de/upload/pdf/WP6en_Magnetic_vs_optical _17092012.pdf.
3. Патент США № 20120153940. Энкодер углового положения с магнитной связью с уменьшением угловой ошибки. Дата публикации 21.06.2012.
4. RM44 magnetic encoder base unit datasheet. RLS merilna tehnika, 2010.
5. Сысоева С. Автомобильные датчики положения. Современные технологии и новые перспективы. Ч. 8. Классические индуктивные преобразователи – надежный запас. Компоненты и технологии. – 2005. – № 9.
6. К1382НХ045 вер.2 БИС преобразователя фазы квадратурного сигнала в код положения (БИС датчика угла). http://www.zntc.ru/upload/medialibrary/%D0%A1%D0%BF%D0%
B5%D1%86%D0%B8%D1%84%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%
86%D0%B8%D1%8F%20K1382%D0%9D%D0%A5045.pdf.
7. Захаров А.В., Хачумов В.М. Алгоритмы CORDIC. Современное состояние и перспективы. Программные системы: теория и приложения. Переславль-Залесский, 2004. ISBN 5-94052-066-0.
8. KMA199E Datasheet. Programmable angle sensor. NXP Semiconductor, 2007.
9. KMA200 Datasheet. Programmable angle sensor. NXP Semiconductor, 2011.
10. Драпезо А.П., Буслов И.И. Применение микроминиатюрных измерительных преобразователей Холла из гетероэпитаксиальных структур и устройств на их основе в космическом приборостроении // Материалы XIII научно-практического семинара «Проблемы создания специализированных радиационно-стойких СБИС на основе гетероструктур». – 2013. – C. 56-58.
11. Жданкин В. Абсолютные датчики углового положения с интерфейсом SSI. СТА. – 2004. – № 1. – C. 48-57.
12. Прокофьев Г.В., Стахин В.Г., Обеднин А.А., Дюжев Н.А., Юров А.С., Мазуркин Н.С. Создание магнитных датчиков углового положения на основе отечественной специализированной БИС преобразователя фаза квадратурного сигнала – код положения К1382НХ045 // Материалы VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по
автоматизированному электроприводу, АЭП-2014. – Саранск, 2014. – Т. 1. – С. 410-412.
13. Дюжев Н.А., Юров А.С, Стахин В.Г. Магниторезистивные сенсоры и датчики на их основе // Материалы XIII научно-практического семинара «Проблемы создания специализированных радиационно-стойких СБИС на основе гетероструктур». – 2013. – C. 68-79.
14. iC-SM5L LINEAR AMR SENSOR (5 mm) Datasheet. iC-Haus, 2006.
15. ENC_ASIC2 БИС однокристального энкодера положения. http://www.zntc.ru/upload/medialibrary/ENC_ASIC2_datasheet_v1.pdf.
16. Сысоева С. Автомобильные датчики положения. Современные технологии и новые перспективы. Ч. 5. Новые перспективы бесконтактных угловых измерений в диапазоне угла 360 градусов: снова датчики Холла – угловые магнитные энкодеры. Компоненты и
технологии. – 2005. – № 6.
17. Ausserlechner U. A theory of magnetic angle sensors with hall plates and without fluxguides // Progress In Electromagnetics Research B. – 2013. – Vol. 49. – C. 77-106.
18. Отчет о прикладных научных исследованиях по теме «Разработка конструктивно-технологических решений создания микросенсорного интеллектуального магниточувствительного интегрального датчика положения для контроля подвижных узлов современных интеллектуальных робототехнических комплексов на основе микросистемной техники», ПНИ №RFMEFI57914X0059 , ЗАО «ЗНТЦ», 2014. – C. 162-168.
19. Alberto Bilotti, Gerardo Monreal, Ravi Vig. Monolithic Magnetic Hall Sensor Using Dynamic Quadrature Offset Cancellation // IEEE journal of solid-state circuits. – June 1997. – Vol. 32, No. 6. – C. 829-836.
20. Bruguera J.D., Guil N., Lang T., Villalba J., Zapata E.L. CORDIC Based Parallel/Pipelined Architecture for the Hough Transform // J. VLSI Signal Processing. – 1996. – Vol. 12, no. 3. C. 207-221.
21. Einspieler R. How improved magnetic sensing technology can increase torque in BLDC motors. AMS technical article.
22. Palaniappan S. Commutation of a BLDC Motor with Various Pole-Pairs Can Be Simplified By Using Absolute Encoder Feedback. Avago technologies, 2010. http://www.avagotech.com/docs/ AV02-0458EN.
23. iC-MH, 12 BIT ANGULAR HALL ENCODER datasheet. iC-Haus GmbH, 2008. http://www.ichaus.de/upload/pdf/Mh_b1es.pdf.
24. AS5145H/AS5145A/AS5145B 12-Bit Programmable Magnetic Rotary Encoder datasheet. AMS AG. http://ams.com/eng/content/download/50206/533867/12670.
25. AM4096 – Angular magnetic encoder IC datasheet. RLS merilna tehnika, 2010.

Comments are closed.