一种高精度磁编码器电路论文和设计

全文摘要

一种高精度磁编码器电路，包括测量单元、存储单元、通信单元，测量单元包括码盘、霍尔集成子单元；码盘设置于电机轴承上，霍尔集成子单元与码盘相对设置并根据码盘位置生成相应的电信号；存储单元的数据双向时钟端连接到霍尔集成子单元的数据双向时钟端，存储单元的数据双向接收发送端连接到霍尔集成子单元的数据双向接收发送端；通信单元的时钟发送端连接到霍尔集成子单元的时钟接收端，通信单元的数据接收端连接到霍尔集成子单元的数据发送端。本实用新型的高精度磁编码器电路延长了编码器使用的寿命，增强了编码器的抗干扰能力及抗振动能力，减少了软件开发周期，不怕油污水汽，能够更好的应用于更多场合。

主设计要求

1.一种高精度磁编码器电路，其特征在于，包括测量单元、存储单元、通信单元，所述测量单元包括码盘、霍尔集成子单元；所述码盘设置于电机轴承上，所述霍尔集成子单元与所述码盘相对设置并根据所述码盘位置生成相应的电信号；所述存储单元的数据双向时钟端连接到所述霍尔集成子单元的数据双向时钟端，所述存储单元的数据双向接收发送端连接到所述霍尔集成子单元的数据双向接收发送端；所述通信单元的时钟发送端连接到所述霍尔集成子单元的时钟接收端，所述通信单元的数据接收端连接到所述霍尔集成子单元的数据发送端。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种高精度磁编码器电路，其特征在于，所述霍尔集成子单元包括第一芯片，所述存储单元包括第二芯片；所述第一芯片的第一端口与所述第二芯片的第六端口连接，并形成第一数据交互通道；所述第一芯片的第二端口与所述第二芯片的第五端口连接，并形成第二数据交互通道。

3.根据权利要求2所述的一种高精度磁编码器电路，其特征在于，所述测量单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻，第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容，所述第一电阻的第一端、第二电阻的第一端、第三电阻的第一端、第四电阻的第一端、第五电阻的第一端、第六电阻的第一端以及第七电阻的第一端分别连接到所述第一芯片，所述第一电阻的第二端、第二电阻的第二端、第三电阻的第二端、第四电阻的第二端、第五电阻的第二端、第六电阻的第二端以及第七电阻的第二端接参考地；所述第八电阻的第一端、第一电容的第一端、第二电容的第一端、第三电容的第一端、第四电容的第一端分别与所述第一芯片连接，所述第八电阻的第二端、第一电容的第二端、第二电容的第二端、第三电容的第二端、第四电容的第二端连接直流电源的正极。

4.根据权利要求3所述的一种高精度磁编码器电路，其特征在于，所述存储单元包括第五电容、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻及第十四电阻；所述第九电阻的第一端、第十电阻的第一端分别连接到所述第二芯片，所述第九电阻的第二端、第十电阻的第二端分别连接到所述直流电源的正极；所述第五电容的第一端、第十一电阻的第一端、第十二电阻的第一端、第十三电阻的第一端及第十四电阻的第一端连接到所述第二芯片，所述第五电容的第二端、第十一电阻的第二端、第十二电阻的第二端、第十三电阻的第二端及第十四电阻的第二端连接至参考地。

5.根据权利要求4所述的一种高精度磁编码器电路，其特征在于，所述通信单元包括第一收发器、第二收发器；所述第一收发器的第一端口连接到所述第一芯片的第十一端口；所述第二收发器的第四端口连接到所述第一芯片的第九端口。

6.根据权利要求5所述的一种高精度磁编码器电路，其特征在于，所述通信单元包括第一磁珠、第二磁珠、第三磁珠、第四磁珠、第一快恢复二极管、第二快恢复二极管；所述第一收发器的第七端口连接到所述第一磁珠的第一端、所述第一收发器的第六端口连接到所述第二磁珠的第一端，所述第一磁珠的第二端连接到所述第一快恢复二极管的第一端口，所述第二磁珠的第二端连接到所述第一快恢复二极管的第二端口，所述第一快恢复二极管的第三端口接参考地；所述第二收发器的第七端口连接到所述第三磁珠的第一端、所述第二收发器的第六端口连接到所述第四磁珠的第一端，所述第三磁珠的第二端连接到所述第二快恢复二极管的第一端口，所述第四磁珠的第二端连接到所述第二快恢复二极管的第二端口，所述第二快恢复二极管第三端口接参考地。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种高精度磁编码器电路，其特征在于，所述霍尔集成子单元与所述码盘的垂直距离为0.4mm。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及高精度磁编码器领域，更具体地说，涉及一种高精度磁编码器电路。

背景技术

传统的光电编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性及精度可以达到普通标准、一般要求，但容易碎。金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，限制了码盘的精度，其热稳定性就要比玻璃码盘差一个数量级。塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度和耐高温达不到高要求。

磁编码器采用磁电式设计，通过磁感应器件、利用磁场的变化来产生和提供转子的绝对位置，利用磁器件代替了传统的码盘，弥补了光电编码器的上述缺陷，具有抗震、耐腐蚀、耐污染、性能可靠高、结构更简单等优势。光电编码器是通过在码盘上刻线来计算精度，所以精度越高，码盘就会越大，编码器体积越大，且精度为非连续的。磁编码器则没有这样的限制，可以做到体积很小，精度高，特别是对精度要求高的绝对值编码器，更适合用磁电编码器。然而，现有的磁编码器存在使用的寿命短，抗干扰能力差，导致软件开发周期长等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述磁编码器存在的问题，提出一种高精度磁编码器电路。

本实用新型所提出的技术方案如下：

本实用新型提出了一种高精度磁编码器电路，包括测量单元、存储单元、通信单元，所述测量单元包括码盘、霍尔集成子单元；所述码盘设置于电机轴承上，所述霍尔集成子单元与所述码盘相对设置并根据所述码盘位置生成相应的电信号；所述存储单元的数据双向时钟端连接到所述霍尔集成子单元的数据双向时钟端，所述存储单元的数据双向接收发送端连接到所述霍尔集成子单元的数据双向接收发送端；所述通信单元的时钟发送端连接到所述霍尔集成子单元的时钟接收端，所述通信单元的数据接收端连接到所述霍尔集成子单元的数据发送端。

本实用新型的一种高精度磁编码器电路中，所述霍尔集成子单元包括第一芯片，所述存储单元包括第二芯片；所述第一芯片的第一端口与所述第二芯片的第六端口连接，并形成第一数据交互通道；所述第一芯片的第二端口与所述第二芯片的第五端口连接，并形成第二数据交互通道。

本实用新型的一种高精度磁编码器电路中，所述测量电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻，第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容，所述第一电阻的第一端、第二电阻的第一端、第三电阻的第一端、第四电阻的第一端、第五电阻的第一端、第六电阻的第一端以及第七电阻的第一端分别连接到所述第一芯片，所述第一电阻的第二端、第二电阻的第二端、第三电阻的第二端、第四电阻的第二端、第五电阻的第二端、第六电阻的第二端以及第七电阻的第二端接参考地；所述第八电阻的第一端、第一电容的第一端、第二电容的第一端、第三电容的第一端、第四电容的第一端分别与所述第一芯片连接，所述第八电阻的第二端、第一电容的第二端、第二电容的第二端、第三电容的第二端、第四电容的第二端连接直流电源的正极。

本实用新型的一种高精度磁编码器电路中，所述存储单元包括第五电容、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻及第十四电阻；所述第九电阻的第一端、第十电阻的第一端分别连接到所述第二芯片，所述第九电阻的第二端、第十电阻的第二端分别连接到所述直流电源的正极；所述第五电容的第一端、第十一电阻的第一端、第十二电阻的第一端、第十三电阻的第一端及第十四电阻的第一端连接到所述第二芯片，所述第五电容的第二端、第十一电阻的第二端、第十二电阻的第二端、第十三电阻的第二端及第十四电阻的第二端连接至参考地。

本实用新型的一种高精度磁编码器电路中，所述通信单元包括第一收发器、第二收发器；所述第一收发器的第一端口连接到所述第一芯片的第十一端口；所述第二收发器的第四端口连接到所述第一芯片的第九端口。

本实用新型的一种高精度磁编码器电路中，所述通信单元包括第一磁珠、第二磁珠、第三磁珠、第四磁珠、第一快恢复二极管、第二快恢复二极管；所述第一收发器的第七端口与第六端口分别连接到所述第一磁珠的第一端与所述第二磁珠的第一端，所述第一磁珠的第二端连接到所述第一快恢复二极管的第一端口，所述第二磁珠的第二端连接到所述第一快恢复二极管的第二端口，所述第一快恢复二极管的第三端口接参考地；所述第二收发器的第七端口与第六端口分别连接到所述第三磁珠的第一端与所述第四磁珠的第一端，所述第三磁珠的第二端连接到所述第二快恢复二极管的第一端口，所述第四磁珠的第二端连接到所述第二快恢复二极管的第二端口，所述第二快恢复二极管第三端口接参考地。

本实用新型上述的一种高精度磁编码器电路中，所述霍尔集成子单元与所述码盘的垂直距离为0.4mm。

本实用新型的一种高精度磁编码器电路采用耐振动性、多磁极码盘稳定地发送磁场，延长了编码器的使用寿命，并通过霍尔集成子单元通过感应磁场强弱得到正确的角度位置，利用存储单元将霍尔集成子单元的数据信息存储，采用通信单元实时传输霍尔集成子单元获取的位置信息。本实用新型提供的一种高精度磁编码器电路有效地延长了编码器使用的寿命，增强了编码器的抗干扰能力及抗振动能力，减少了软件开发周期，不怕油污水汽，能够更好的应用于更多场合。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1示出了一种高精度磁编码器电路一实施例的功能模块的示意图；

图2示出了一种高精度磁编码器电路一实施例的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便本领域技术人员理解和实施本实用新型，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1所示，是本实用新型一种高精度磁编码器电路实施例的功能模块示意图。该高精度磁编码器电路包括测量单元、存储单元2、通信单元3，所述测量单元包括霍尔集成子单元1、码盘4；所述码盘4设置于电机轴承上，所述霍尔集成子单元1与所述码盘4相对设置并根据所述码盘4位置生成相应的电信号；所述存储单元2的数据双向时钟端连接到所述霍尔集成子单元1的数据双向时钟端，所述存储单元2的数据双向接收发送端连接到所述霍尔集成子单元1的数据双向接收发送端；所述通信单元3的时钟发送端连接到所述霍尔集成子单元1的时钟接收端，所述通信单元3的数据接收端连接到所述霍尔集成子单元1的数据发送端。具体地，码盘4通过转动过程中展现出不同的磁场强弱，经过霍尔集成子单元1的接收并在内部处理下形成生成相应的电信号，最后转换成格雷码形式输出代表着不同的位置信息。优选地，通过采用耐振动性、多磁极的码盘延长编码器的使用寿命，稳定的发送磁场，通过霍尔集成子单元1感应磁场强弱从而获取正确的角度位置。

如图2所示，为本实用新型一实施例一种高精度磁编码器电路，所述霍尔集成子单元1包括第一芯片U3，所述存储单元包括第二芯片U2；所述第一芯片U3的第一端口与所述第二芯片U2的第六端口连接，并形成第一数据交互通道；所述第一芯片U3的第二端口与所述第二芯片U2的第五端口连接，并形成第二数据交互通道。利用存储单元的第二芯片U2能够成功的将霍尔集成子单元1的数据信息正确的存储，在上电后不会丢失位置补偿信息，增加电路的可靠性和数据安全性。

在上述实施例中，所述测量电路包括第一电阻R12、第二电阻R13、第三电阻R14、第四电阻R15、第五电阻R20、第六电阻R21、第七电阻R22、第八电阻R4，第一电容C4、第二电容C5、第三电容C6以及第四电容C8，所述第一电阻R12的第一端、第二电阻R13的第一端、第三电阻R14的第一端、第四电阻R15的第一端、第五电阻R20的第一端、第六电阻R21的第一端以及第七电阻R22的第一端分别连接到所述第一芯片U3，所述第一电阻R12的第二端、第二电阻R13的第二端、第三电阻R14的第二端、第四电阻R15的第二端、第五电阻R20的第二端、第六电阻R21的第二端以及第七电阻R22的第二端接参考地；所述第八电阻R4的第一端、第一电容C4的第一端、第二电容C5的第一端、第三电容C6的第一端、第四电容C8的第一端分别与所述第一芯片U3连接，所述第八电阻R4的第二端、第一电容C4的第二端、第二电容C5的第二端、第三电容C6的第二端、第四电容C8的第二端连接直流电源的正极。

在上述实施例中，所述存储单元包括第五电容C7、第九电阻R6、第十电阻R7、第十一电阻R16、第十二电阻R17、第十三电阻R18及第十四电阻R19；所述第九电阻R6的第一端、第十电阻R7的第一端分别连接到所述第二芯片U2，所述第九电阻R6的第二端、第十电阻R7的第二端分别连接到所述直流电源的正极,增强驱动的上拉电阻。所述第五电容C7的第一端、第十一电阻R16的第一端、第十二电阻R17的第一端、第十三电阻R18的第一端及第十四电阻R19的第一端连接到所述第二芯片U2，所述第五电容C7的第二端、第十一电阻R16的第二端、第十二电阻R17的第二端、第十三电阻R18的第二端及第十四电阻R19的第二端连接至参考地，保证了第二芯片U2的读写操作。

在上述实施例中，所述通信单元3包括第一收发器U1、第二收发器U4，所述第一收发器U1的第一端口连接到所述第一芯片U3的第十一端口，形成时钟接收通道；所述第二收发器U4的第四端口连接到所述第一芯片U3的第九端口，形成数据发送通道。通信单元3构成BISS通信通道，传输速度高达10MBPs，距离长，安全性高。

在上述实施例中，所述通信单元包括第一磁珠EM1、第二磁珠EM2、第三磁珠EM3、第四磁珠EM4、第一快恢复二极管DA1、第二快恢复二极管DA2；所述第一收发器U1的第七端口连接到所述第一磁珠EM1的第一端、所述第一收发器U1的第六端口连接到所述第二磁珠EM2的第一端，所述第一磁珠EM1的第二端连接到所述第一快恢复二极管DA1的第一端口，所述第二磁珠EM2的第二端连接到所述第一快恢复二极管DA1的第二端口，所述第一快恢复二极管DA1的第三端口接参考地；所述第二收发器U4的第七端口连接到所述第三磁珠EM3的第一端、所述第二收发器U4的第六端口连接到所述第四磁珠EM4的第一端，所述第三磁珠EM3的第二端连接到所述第二快恢复二极管DA2的第一端口，所述第四磁珠EM4的第二端连接到所述第二快恢复二极管DA2的第二端口，所述第二快恢复二极管DA2第三端口接参考地。

在上述实施例中，所述霍尔集成子单元1与所述码盘4的垂直距离为0.4mm，以便霍尔集成子单元1准确获取码盘4的角度位置。

与现有的磁编码器电路设计方案相比，本实用新型的一种高精度磁编码器电路采用耐振动性、多磁极码盘稳定地发送磁场，延长了编码器的使用寿命，并通过霍尔集成子单元通过感应磁场强弱得到正确的角度位置，利用存储单元将霍尔集成子单元的数据信息存储，采用通信单元实时传输霍尔集成子单元获取的位置信息。实施本实用新型的一种高精度磁编码器电路有效地延长了编码器使用的寿命，增强了编码器的抗干扰能力及抗振动能力，减少了软件开发周期，不怕油污水汽，能够更好的应用于更多场合。

应当理解的是，以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

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