瑞萨电子—感应式绝对位置传感器解决方案

发布时间：2022-10-14 09:38
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2353

　　在高度自动化的现代工厂里，随着人们对高精度、高效率和低成本的要求不断增加，电感式位置传感器正取代霍尔效应位置传感器和旧的磁性旋转变压器解决方案，成为电机控制设计的理想选择。并且由于电感产品也更利于集成到简单、紧凑的印刷电路板（PCB）中，因此可进一步满足更轻、更小、更低成本的需求。

　　在本篇文章中，瑞萨电子为您带来了一款感应式绝对位置传感器解决方案，此方案不仅简单而且由于它采用现成的器件构造而成（即：一个标准型PCB板、一个瑞萨位置传感器、一些简单的无源器件和一块作用于感应目标的金属），因此其极具成本效益，且最高能够支持高达250,000RPM的转速。

瑞萨电子—感应式绝对位置传感器解决方案

　　系统框图

　　本方案采用双IPS2200感应式位置传感器（IPS）进行绝对位置检测，优化了线圈尺寸，而且模块的封装与主流市场35mm电机设计趋势保持一致，这增加了方案的普适性。IPS2200感应式位置传感器围绕电机而设计，其将传感器扇区的数量与电机极对数相匹配，从而最大程度提高精度，同时适应离轴（穿轴和侧轴）与轴端布置。与传统旋转变压器相比，无磁铁的IPS2200的厚度可薄至十分之一，重量可轻至百分之一，且电转速高达250krpm。

　　得益于该传感器的轻薄外形和完全杂散磁场免疫使电机集成化更加容易，并为客户提供自主制造旋转变压器替代方案所需的标准材料，进一步降低BOM成本。与旋转变压器或基于磁性的解决方案相比，IPS2200通过四线或六线连接，即可实现最高10倍的速度和极低的延迟。

　　此方案在进行布局设计时，位置传感元件并不在瑞萨电子IC的内部，而是PCB板上的一组线圈。这样布局的好处在于传感器可作为一个系统，根据客户的应用场景进行定制和设计。

　　在MCU的选型上，本方案采用了一款具备片上浮点单元（FPU）的32位MCU——RX24T，其在正常工作状态下，频率可达80MHz。该MCU适用于双逆变器控制，可同时驱动两组电机并能够对复杂的逆变器控制算法进行高效编译。

　　此外，方案中还采用了RAA214250低压差线性稳压器，该器件工作电压范围为2.5V至20V，输出电流最高可达500mA，典型压差为269mV。输出电压可通过外部反馈电阻在1.224V至18V范围内进行调节。

　　借助以上器件的特性

　　本方案具备以下几大系统优势

　　具有成本效益且支持更快的转速（最高达250,000RPM）。

　　此解决方案可根据客户应用场景进行设计，因为它支持三种机械结构类型，而且电机电极对数与传感器扇区数量相匹配。

　　此MCU有三个ADC单元，具有专用通道采样保持功能。AD转换可通过同步触发器启动。

　　高精度，实际分辨率：15位，精度：12位。

　　可应用于

　　BLDC转子位置探测检测；适用于任何电极对数。

　　替代无刷旋转变压器。

　　无磁铁转子速度传感器。

　　电机控制在工业自动化领域扮演着非常重要的角色，对此，瑞萨电子推出了多种成功产品组合方案，致力于帮助客户实现精准、高效、低耗的电机设计。


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解读瑞萨MCU竞争力强的秘密：核心全、品类齐、工具强、方案多
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　　MCU(微控制器)是控制系统的核心元件，负责管理和控制系统中众多功能子单元，随着终端系统迭代升级，MCU用量也在快速提升。根据Yole Group的统计数据，2023年全球MCU市场规模已达282亿美元，预计到2029年将增长至388亿美元，其间年复合增长率达5.5%。　　目前，全球MCU厂商众多，而瑞萨电子是其中的佼佼者。根据瑞萨电子官方给出的数据，该公司每年出货超过35亿颗MCU，拥有非常广泛的8位、16位和32位产品组合，是16位与32位微控制器(MCU)领域的领先供应商之一，以其卓越的产品和解决方案赢得了广泛的认可。为什么瑞萨电子的MCU产品有如此强的竞争力呢，带着这个问题，电子发烧友网记者和瑞萨电子嵌入式处理器事业发展部高级经理刘涛在第七届中国国际进口博览会(简称：进博会)上进行了深入的交流。　　瑞萨电子MCU产品的硬实力　　当前，MCU厂商发展基本有三种主要模式：其一是基于授权内核进行芯片开发，最具代表性的是Arm内核;其二是基于自研内核进行芯片开发;其三是基于开源内核进行芯片开发，最具代表性的是RISC-V。　　瑞萨电子嵌入式处理器事业发展部高级经理 刘涛　　刘涛表示，瑞萨电子是业内少见的拥有全面MCU内核布局的公司。在自研内核方面，瑞萨电子已经打造出两款极具竞争力的MCU内核，其中RL78系列便是基于瑞萨电子自研的16位超低功耗内核打造，RX系列则是基于高能效比的32位内核打造;在Arm内核方面，瑞萨电子拥有丰富的产品，包括推出了当前业内最高性能基于Arm Cortex-M85内核的高性能MCU;同时，瑞萨电子也成功设计、测试并推出基于开放标准RISC-V指令集架构(ISA)的32位CPU内核。　　确实，近一段时间以来，瑞萨电子在各个内核方向上都进行了产品升级迭代，比如刘涛提到的该公司基于Arm® Cortex®-M85内核打造的高性能MCU——RA8系列MCU。对于这个产品系列，电子发烧友网在去年的进博会报道中也有重点提到，提供卓越的6.39 CoreMark/MHz性能，并部署了Arm Helium™技术，在数字信号处理器(DSP)和机器学习(ML)，相较于基于Arm Cortex-M7内核的MCU有大幅提升。今年初，瑞萨电子在RA8系列下最新推出了RA8T1 MCU产品群，可满足工业、楼宇自动化，以及智能家居等应用中常见的电机、电源和其他产品的实时控制要求。　　对于RA8T1 MCU，刘涛举例称，在大功率的交流伺服驱动器中，RA8T1 MCU得到了广泛的应用，不仅能够帮助实现高速、精准的电机速度和位置控制，同时为电机应用带来了强大的机器学习能力，可以帮助用户实现预测性维护等智能化功能，显著降低系统的维护成本。　　基于RA8T1的马达异常检测　　他在交流中透露：“瑞萨电子正在积极开发下一代RA8产品线，预计相关产品会在2025年推向市场。”　　前不久，瑞萨电子也推出了全新RX261/RX260 MCU产品群，这个产品群是基于瑞萨电子自研的RXv3 CPU内核，在64MHz运行频率下可获得355CoreMark的评分。刘涛指出，得益于RXv3 CPU内核的高能效比优势，RX261/RX260 MCU产品群能够帮助用户应对更严苛的能效法规——与其他64MHz级MCU相比，RX261/RX260的工作电流降低了25%，待机电流降低了87%。　　当然，RX261/RX260 MCU产品群不仅在能效方面表现出色，产品上集成的瑞萨电子第三代电容式触控IP(CTSU2SL)同样抢眼。刘涛介绍说，相较于前两代电容式触控IP，CTSU2SL显著改善了抗噪声性能和防水特性，并大幅降低了功耗。CTSU2SL通过了IEC 61000 4-3 level3和4-6 level4认证，即便是在厨房、洗手间等容易附着水渍和油渍的场景，这款IP也能够实现精准的触摸控制。　　瑞萨电子对CTSU2SL进行了多项专门优化，比如CTSU2SL加入了多频扫描功能，降低了同步干扰噪声的影响;加入了主动屏蔽功能，内部多个触摸电平共用一个屏蔽电机，以相对电平或者相位来驱动触摸电极或屏蔽电级，能够抑制油渍和水渍的干扰;加入了自动判断功能，在MCU待机状态下，不需要MCU参与也可以进行触控检测，从而可以降低运行或者间歇操作期间的平均功耗;加入了MEC(多电极连接)功能，通过将多个触摸电极连接作为单个电极进行测量，减少触摸测量时间和电流消耗量。　　CTSU2SL展示了瑞萨电子在MCU集成化发展趋势上的一些优势，对此刘涛更进一步讲到，瑞萨电子在MCU集成方面有一个很大的优势——公司拥有丰富的产品线比如功率器件、模拟器件、射频前端和传感器等，在未来的规划里，瑞萨电子的MCU和MPU里将持续打造更高集成度的产品，帮助客户降低系统成本。　　作为全球微控制器供应商，瑞萨结合嵌入式处理、模拟、电源和连接方面的专业知识，提供完整的半导体解决方案。这一点也非常重要，因为基于MCU打造的丰富方案能够进一步提升MCU产品的竞争力。本届进博会，瑞萨电子展览了多款先进解决方案，包括基于瑞萨电子专用电机控制微控制器(MCU)RA4T1的大功率、全速率范围的FOC电机控制方案，基于RZ/V2H的多分类目标检测方案，基于RZ/G2L高性能MPU的PLC控制方案，基于高性能MCU RA8D1的HMI方案，以及基于R-Car V4系列高性能片上系统(SoC)的辅助驾驶与自动驾驶整体解决方案等。　　基于RZ/V2H的多分类目标检测方案　　刘涛表示：“进博会上的方案展示了瑞萨电子在MCU和MPU系统性方案方面的实力，体现了瑞萨电子'To Make Our Lives Easier(让生活更轻松)'的愿景。不过，这些只是瑞萨电子丰富方案的冰山一角，未来瑞萨电子将持续创新，为客户提供更加可靠的解决方案，赋能他们在终端领域更好地发展。仅仅在2024年，瑞萨电子结合客户最新需求就推出了多款基于MCU或MPU的解决方案，比如针对工业自动化，瑞萨电子RX72M、RZ/T2M、RZ/N2L等多款芯片都可以支持EtherCAT、EtherNet/IP、PROFINET RT/IRT、CC-Link IE Field Basic、Modbus、TSN、OPC UA等工业总线，以此为基础瑞萨电子推出了RX72M EtherCAT伺服，RZ/T2M 220V交流伺服解决方案和24V直流伺服解决方案，RZ/T2M Profinet伺服解决方案，RZ/N2L IO-Link主站通信解决方案等。”　　交流伺服解决方案　　瑞萨电子MCU产品的软实力　　由于MCU是执行控制的核心单元，因此其对软件算法的支持能力也是性能表现的一部分，同时配套工具和资源也是评估产品非常重要的一环。刘涛指出，过去一年瑞萨电子从多个方面增强了MCU和MPU产品的软硬件实力，其中比较有代表性的例子是瑞萨电子在今年推出的Reality AI Tools软件的免费版本——Reality AI Explorer Tier。　　Reality AI Explorer Tier为用户提供免费的、全面的自助式评估沙盒访问权限，几乎包含了Reality AI Tools的全部功能，包括自动化AI模型构建、验证和部署模块。Reality AI Explorer Tier包括丰富的教程、应用实例和常见问题解答(FAQ)，比如加速度器振动抑制分析，音频分类，以及电机故障预测等。　　Reality AI Tools的存在让用户不需要具备很深的AI应用开发经验，只需要提供相关的数据就能够构建AI应用。这款工具可以根据用户提供的数据样本自动探索识别数据的特征，从而建立数学模型，最终部署到瑞萨电子的MCU产品上。　　瑞萨电子也提供另外一种开发模式，当用户具有一定的AI应用开发能力时，比如用户本身就有算法模型，瑞萨电子可以提供e-AI转换工具，将用户提供的数学模型转化为可以部署到MCU的代码，这些代码能够充分结合瑞萨电子MCU或MPU上的计算单元，提供更高的计算效率。　　结语　　瑞萨电子是全球领先的MCU供应商，每年MCU出货量高达数十亿颗，这一数据其实已经足以说明瑞萨电子的产品力。通过和刘涛的交流可以明显感受到瑞萨电子持续引领MCU和MPU市场发展的决心，给工程师带来具有竞争力的产品及解决方案，满足广泛的终端需求。
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瑞萨推出包括先进可编程14位SAR ADC在内的全新AnalogPAK可编程混合信号IC系列
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　　全新产品几乎适用于任何应用，大幅减少元件数量、BOM成本和占板空间　　全球半导体解决方案供应商瑞萨电子(TSE：6723)宣布推出全新AnalogPAK™ IC系列，其中包括低功耗——SLG47001/3和车规级产品——SLG47004-A，以及业界先进的可编程14位SAR ADC(逐次逼近寄存器模数转换器)——SLG47011。　　AnalogPAK作为瑞萨GreenPAK™可编程混合信号矩阵产品家族的一员，是极具成本效益的非易失性存储器(NVM)可编程器件。它使创新者能够整合多种系统功能，同时最大限度地减少元件数量、占板空间和功耗。GreenPAK和AnalogPAK IC可实现混合信号标准产品和独立分立电路的功能替代，并为SoC及微控制器提供可靠的硬件监控功能。GreenPAK和AnalogPAK产品几乎适用于任何应用场景，包括消费电子、计算设备、白色家电、工业设备、通信设备和汽车电子等。借助Go Configure Hub和GreenPAK开发套件，设计人员可以在几分钟内创建定制电路并对其进行编程。　　全新AnalogPAK SLG47011　　配备14位SAR ADC的低功耗产品　　瑞萨全新SLG47011 AnalogPAK产品将可配置模拟集成电路的性能提升到新的水平，其集成丰富的数字和模拟功能，包括带可编程增益放大器(PGA)的可编程多通道14位SAR ADC。SLG47011还为所有宏单元提供灵活的用户定义省电模式，使设计人员能够在睡眠模式下关闭某些模块，从而将功耗降低至微安(µA)级别。　　SLG47011可用于提升MCU性能或卸载MCU任务，还能与MCU结合使用，替代复杂的模拟前端(AFE)。SLG47011支持的关键功能包括测量、数据处理、逻辑控制和数据输出。　　SLG47011的关键参数　　- Vdd=1.71至3.6V　　- SAR ADC：高达14位，在8位模式下高达2.35Msps　　- PGA：六种放大器配置，轨至轨输入/输出，1x至64x增益　　- DAC：12位，333ksps　　- 硬件数学运算模块，支持乘法、加法、减法和除法运算　　- 灵活的4096字内存表模块　　- 振荡器：2/10kHz和20/40MHz　　- 模拟温度传感器　　- 数量最多的高度可配置计数器/延时模块　　- I2C和SPI通信接口　　- 采用小型16引脚QFN(2.0mm x 2.0mm x 0.55mm)、0.4mm间距封装　　Davin Lee, Senior Vice President and General Manager of the Analog and Connectivity Group at Renesas表示：　　“瑞萨已向全球数千家客户交付了数十亿颗GreenPAK和AnalogPAK产品。凭借SLG47011，我们不仅满足了客户对于更多资源的需求，更实现了更高分辨率的模拟功能，我们满怀期待，相信这款产品将在众多应用中绽放光彩。”　　除了SLG47011之外，瑞萨还推出另外两款AnalogPAK产品，即成本优化的SLG47001/3和车规级SLG47004-A。　　SLG47001/3 AnalogPAK产品　　SLG47001和SLG47003能够以低廉的价格和非常紧凑的封装实现精确测量系统，适用于气体传感器、功率计、测量设备、服务器、可穿戴设备、工业机器人、工业和智能家居传感器模块等应用场景。　　- 两个超低偏移运算放大器——最大失调电压为9µV　　- 两个10位数字变阻器　　- 六通道采样比较器　　- 模拟开关　　- 电压基准　　- 59字节模式发生器　　- 2k/10k/25MHz振荡器　　- 完全可配置的模块：查找表(LUT)、触发器、移位寄存器、定时器、计数器、延时器
2024-11-15 13:20 阅读量：295
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