JAJU934 May   2024

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   参照情報
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   デザイン イメージ
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計の考慮事項
    3. 2.3 主な使用製品
  9. 3システム設計理論
    1. 3.1 ハードウェア設計
    2. 3.2 ソフトウェア設計
      1. 3.2.1 TMAG5170 SPI フレーム
        1. 3.2.1.1 32 ビット フレームのシリアル データ
        2. 3.2.1.2 シリアル データ出力 32 ビット フレーム
      2. 3.2.2 TMAG5170 のレジスタ構成
      3. 3.2.3 SPI と変換開始タイミング
      4. 3.2.4 線形位置の計算
  10. 4ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 4.1 ハードウェア
      1. 4.1.1 PCB の概要
      2. 4.1.2 MCU インターフェイス コネクタ
    2. 4.2 テスト構成
    3. 4.3 テスト結果
      1. 4.3.1 磁界の Z 軸および X 軸成分の測定
      2. 4.3.2 リニア位置測定
      3. 4.3.3 SPI 信号測定
  11. 5設計とドキュメントのサポート
    1. 5.1 デザイン ファイル
      1. 5.1.1 回路図
      2. 5.1.2 BOM (部品表)
      3. 5.1.3 PCB レイアウト
        1. 5.1.3.1 レイアウト プリント
        2. 5.1.3.2 レイアウトのガイドライン
    2. 5.2 ツールとソフトウェア
    3. 5.3 ドキュメントのサポート
    4. 5.4 サポート・リソース
    5. 5.5 商標
  12. 6著者について

2.2 設計の考慮事項

リニア モーター搬送システムを採用すると、複数の磁気ムーバーが 1 次元または 2 次元を、最大 10m/s の速度、最小 0.01mm の線形位置精度と再現性で移動することが可能になります。磁気センサの磁界の範囲は、ムーバーの検出磁石、およびムーバーの磁石と静止型マルチポジション センサのプリント基板 (PCB) との間の距離によって異なります。通常、磁界の範囲は 50mT～300mT です。スペースの要件により、高集積の 3D ホール エフェクト センサ システム オン チップ (SoC) を搭載した小型パッケージが有利です。使用するセンサの動作周囲温度が 85℃ を超えるような (たとえば125℃)、過酷な条件下でも、正確なセンサ データを取得しながら高い電力密度を実現します。1 つのセグメント内で複数のムーバーの位置を同時に検出する必要があるため、同時サンプリングと低レイテンシの位置測定が重要です。低レイテンシのデジタル インターフェイスを備えた 3D ホール エフェクト センサは、アナログ出力の SoC よりもノイズに対する耐性が高いという利点があります。デジタル インターフェイスを備えた SoC の他の利点として、ダイの温度、ホール効果素子、電源電圧の診断などの SoC の診断および監視機能を統合して、システムの信頼性向上を実現できるということがあります。

Z 軸と X 軸の最大磁界強度は同一とは限らないので、各磁界軸について個別に範囲設定と最適化が可能な 3D ホール エフェクト センサを使用すれば、より高い位置分解能と精度の実現に役立ちます。表 2-1 に、リニア モーター搬送システムのシステム要件の例と 3D ホール エフェクト センサの仕様への影響を示します。

表 2-1 リニア モーター搬送システム用磁気センサの要件の例
パラメータ 数値の例 位置センサ SoC への影響
ムーバーの速度 最大 10m/s センサのサンプリング レートに影響、閉ループ位置制御周波数は 4kHz 以上。
ムーバーの位置決め精度 / 繰り返し精度 最小 0.01mm センサ分解能、精度、隣接するセンサ間の最小間隔に影響。
センサ テクノロジー 3D/2D ホール エフェクト センサ 3D ホール エフェクト センサにより 2 次元位置センシングが可能。
センサの磁界の範囲 50mT … 300mT 線形入力範囲のフルスケール磁界強度
センサ分解能 通常 12 ビットの分解能 プログラマブルな磁界範囲調整機能を備えた SoC であれば、軸ごとに入力範囲を調整して分解能および精度の向上が可能。
センサ インターフェイス アナログまたはシリアル デジタル MCU へのインターフェイス
センサのレイテンシ 最小 100us より高速な SPI、たとえば...10MHz SPI は、システム レイテンシの短縮に貢献します。
複数のムーバー位置の同時サンプリング 低ジッタの変換開始機能付きセンサ。 ハードウェア ピンまたは SPI コマンドによる変換開始信号入力を備えたセンサ。
センサ ソリューションの PCB 面積 できるだけ小さく。 デジタル インターフェイスを搭載した統合型 3D ホール エフェクト SoC によりシステムの小型化が可能。
動作温度範囲

小型フォーム ファクタと高い電力密度は、セグメント内の高温化につながります。

 85℃ を超える周囲温度範囲に対応する 3D ホール エフェクト SoC。
EMC 耐性 CRC 付き SPI インターフェイス CRC 付きのデジタル インターフェイスにより、インパルス ノイズに対する耐性が向上。
システムの信頼性、予知保全、フォルト検出機能 3D ホール エフェクト センサ、電源電圧、ダイ温度の監視 たとえば、SPI を備え、診断機能を内蔵したセンサにより実現可能。