作者：Marian Hryntsiv，?Dialog半導體公司（瑞薩全資子公司）文檔工程師

簡介

很多應用在其用戶控制界面中采用機械電位計。我們可以將這些機械電位計換成更新且可靠的編碼器控制元件和數(shù)字變阻器，它們是改變信號電氣參數(shù)的組件。

本文中，我們使用了GreenPAK? SLG47004。它是該項目的絕佳選擇，因為其電路結合了兩個數(shù)字變阻器和可配置邏輯來處理編碼器信息。這種組合可實現(xiàn)許多設計：穩(wěn)壓電源、具有可調增益的放大器等。此外，數(shù)字邏輯可確定編碼器的旋轉速度。這種方法如圖1所示。

圖1

1. 系統(tǒng)概述

圖2顯示了基于SLG47004的內部電路設計。

圖2：GreenPAK?Designer項目

在基于GUI的免費軟件GreenPAK Designer中創(chuàng)建的完整設計文件可從以下鏈接下載。

https://www.dialog-semiconductor.com/sites/default/files/2021-08/AN-CM-320_PotenTIometer_Controlled_by_an_Encoder.zip

增量編碼器產(chǎn)生A和B輸出信號，用于改變數(shù)字變阻器的電阻。變阻器形成電位計，并實現(xiàn)可調分壓器來調節(jié)輸出電壓。

在任何時候，A和B信號之間的相位差為正或負，取決于編碼器的運動方向。

速度由頻率檢測器、One-Shots和多路復用器構成。

本文中，我們使用了EC11編碼器。由于開關切換抖動，編碼器會產(chǎn)生嘈雜的輸出振蕩。為了消除這種噪音，我們采用了2毫秒的延遲。請注意，此延遲針對EC11編碼器進行了調整（根據(jù)其數(shù)據(jù)表）。對于其他編碼器，應該相應地評估延遲值。

2. 功能塊架構

2.1. 數(shù)字邏輯說明

2.1.1. 確定編碼器方向

首先，延遲宏單元將編碼器輸出信號的兩個邊沿延遲2毫秒。延遲宏單元起到抗尖峰脈沖濾波器的作用，可消除開關切換抖動。濾波后的信號B出現(xiàn)在One-Shots和頻率檢測器的宏單元輸入端子，以及DFF的CLK輸入端子上。濾波后的信號A出現(xiàn)在DFF的D輸入端子上。當編碼器碼盤順時針方向旋轉時，信號A超前信號B，DFF輸出為高電平；當編碼器碼盤逆時針方向旋轉時信號B超前信號A，DFF輸出低電平。所以DFF可以判斷旋轉的方向。變阻器上升/下降控制端子上的高或低信號決定了內部計數(shù)器對于CLK輸入端子上的每個脈沖是進行增加計數(shù)還是減少計數(shù)。

編碼器順時針旋轉的時序圖如圖3所示，編碼器逆時針旋轉的時序圖如圖4所示。

圖3：編碼器順時針旋轉的時序圖

圖4：編碼器逆時針旋轉的時序圖

2.1.1.確定編碼器速度

SLG47004具有10-bit數(shù)字變阻器，從而允許實施1024個調節(jié)步驟。可調分壓器有3種調節(jié)模式。用戶可以用step = 1個數(shù)字代碼（模式1）、step = 10個數(shù)字代碼（模式2）和step = 100個數(shù)字代碼（模式3）共三種不同的步長來改變輸出信號。采用了2個頻率檢測器以實現(xiàn)3種模式。第一種模式用來平滑準確地調整輸出信號。當用戶用小于10 Hz的頻率調整旋鈕時，會激活第一種模式。當頻率在大于10 Hz小于25 Hz時激活第二種模式。頻率大于25 Hz時激活第三種模式。

One-Shots為所需的脈沖數(shù)設置時間間隔。

根據(jù)頻率檢測器的輸出，來決定數(shù)字多路復用器傳遞到變阻器的CLK輸入端的脈沖數(shù)量是1個、10個或100個脈沖。

2.1.2. 每轉的制動和脈沖數(shù)

該項目中使用了具有不同脈沖數(shù)和制動（位置）/阻尼點的編碼器。對于15個脈沖，每個完整脈沖有兩個制動/阻尼點。這意味著對于旋轉編碼器中的每個脈沖（或周期），都有兩個制動/阻尼點：脈沖的上升沿（一次變化）和脈沖的下降沿（另一次變化）。如果您的旋轉編碼器每個脈沖有一個制動/阻尼點，那么每個脈沖有兩次變化。對于這種類型的編碼器，設計保持不變，除了頻率檢測器和One-Shots設置。他們的設置中，Edge Select應設置為“Falling”或“Rising”。在脈沖數(shù)和制動數(shù)不匹配的編碼器中，Edge Select應設置為“Both”。

2.2. 電位計模式

對于此設計，我們使用了數(shù)字變阻器的電位計模式。該模式允許將兩個2引腳變阻器組合配置為一個3引腳電位計一樣來工作。當此模式啟用時（寄存器?［917］ = 1），用戶只需要更改RH0內部計數(shù)器的值即可。在這種模式下，RH1計數(shù)器的值是電位計總計數(shù)值（1023）減去RH0計數(shù)器值后所得的數(shù)值。請注意RH0_B引腳和RH1_A引腳必須外部短接在一起。

2.3. 宏單元設置

下表顯示了3-bit LUT1和3-bit LUT3設置：標準邏輯門–多路復用器。

圖5a：數(shù)字變阻器設置

圖5b：數(shù)字變阻器設置

圖6a：延遲/濾波設置

圖6b：延遲/濾波設置

圖7a：脈沖數(shù)與制動數(shù)不匹配時的One Shots設置

圖7b：脈沖數(shù)與制動數(shù)不匹配時的One Shots設置

圖8a：脈沖數(shù)與制動數(shù)匹配時的One Shots設置

圖8b：脈沖數(shù)與制動數(shù)匹配時的One Shots設置

圖9a：脈沖數(shù)和制動數(shù)不匹配時的頻率檢測器設置

圖9b：脈沖數(shù)和制動數(shù)不匹配時的頻率檢測器設置

圖10a：脈沖數(shù)和制動數(shù)匹配時的頻率檢測器設置

圖10b：脈沖數(shù)和制動數(shù)匹配時的頻率檢測器設置

總結

SLG47004有兩個數(shù)字變阻器，可以實現(xiàn)眾多有用的應用。一個典型的例子是結合現(xiàn)代編碼器使用數(shù)字變阻器代替模擬電位計。本文說明了如何使用SLG47004實現(xiàn)可調分壓器，它是一種通用解決方案，可應用于可調電源、放大器的增益控制等。該解決方案具有成本效益且能耗低。