엔코더 출력 드라이버는 원시 엔코더 신호를 증폭하여 사각파 신호로 처리하여 판독 장치 또는 드라이브로 전송할 수 있습니다.
엔코더 출력 예 증분형 엔코더의 경우 3가지 유형의 엔코더 출력이 있습니다.
- 오픈 컬렉터 엔코더 출력
- 푸시풀 엔코더 출력
- 차동 라인 드라이버 엔코더 출력
절대 엔코더의 경우 4가지 주요 엔코더 출력 옵션이 있습니다.
- 병렬 출력
- 직렬 출력(SSI 및 BiSS와 같은 지점 간 인터페이스가 예입니다.)
- 필드 버스 프로토콜(CanOpen 및 DeviceNet이 예입니다.)
- 이더넷 네트워크 기반 프로토콜(EtherNet/IP, Profinet 또는 EtherCAT이 예입니다.)
증분형 엔코더 출력
증분형 엔코더는 단일 종단(채널당 1개 와이어) 또는 차동(채널당 2개 와이어) 방식을 통해 제어/카운터에 연결할 수 있습니다. 차동 신호의 장점은 전자기 간섭에 대한 저항성이 더 크다는 것입니다. 이는 두 개의 신호를 생성하여 접지 대신 서로를 참조하여 수행됩니다. 단점은 추가 와이어를 사용하는 데 드는 비용이 증가한다는 것입니다.
이러한 아날로그 엔코더는 포토다이오드 출력을 사각파 신호로 변환하여 제어/카운터로 전송하기 위해 출력 드라이버가 필요합니다.
- 전기 I/O는 싱킹 또는 소싱으로 분류할 수 있습니다.
- 싱킹 I/O: 싱킹 장치는 접지로 가는 경로를 제공합니다.
- 소싱 I/O: 소싱 장치는 전압을 공급합니다.
예외가 있지만 이상적인 회로는 소싱 입력(예: PLC)을 싱킹 출력(예: 엔코더)과 일치시킵니다. 마찬가지로 싱킹 입력은 소싱 출력과 페어링되어야 합니다.
싱킹 출력은 일반적으로 NPN 트랜지스터를 기반으로 하는 반면 소싱 출력은 일반적으로 PNP 트랜지스터를 기반으로 합니다. 이러한 장치에 해당하는 세 가지 일반적인 유형의 엔코더 출력 드라이버는 다음과 같습니다.
세 가지 일반적인 출력 유형은 오픈 컬렉터(풀), 싱글 엔드(푸시풀), 차동 라인 드라이버(푸시풀)입니다. 세 가지 범주를 고려해 보겠습니다.
오픈 컬렉터 엔코더 출력
간단하고 경제적인 오픈 컬렉터 출력 드라이버는 소싱 제어와 함께 사용하도록 설계된 싱킹 출력 드라이버입니다. 오픈 컬렉터 출력 드라이버는 NPN 트랜지스터를 기반으로 합니다. 트랜지스터가 켜지면 엔코더가 전류 싱크 역할을 합니다. 트랜지스터가 꺼지면 출력이 플로팅(개방) 상태로 유지됩니다. 트랜지스터 출력이 개방 상태로 유지되므로 오픈 컬렉터 드라이버는 적절한 크기의 풀업 저항과 함께 사용해야 합니다. 이 저항은 신호를 지정된 전압까지 “풀업”하여 출력을 켜고 끄고 사각파 신호를 생성합니다.
오픈 컬렉터는 싱킹 장치이므로 전류를 소싱하거나 “푸시”할 수 없으므로 긴 케이블 길이나 고잡음 환경에 적합하지 않습니다. 고려해야 할 또 다른 요소는 오픈 컬렉터 출력이 낮은 분해능에서 가장 잘 작동한다는 것입니다. 이는 풀업 저항이 펄스가 생성되는 속도(슬루율)를 변경하기 때문입니다. 결과적으로 오픈 컬렉터 출력은 차동 또는 보완 엔코더 신호(A, A-not, B, B-not)와 함께 사용해서는 안 됩니다. 그러나 짧은 케이블 길이와 저잡음 환경이 애플리케이션 특성인 경우 오픈 컬렉터 출력이 아마도 더 경제적인 선택일 것입니다.
푸시풀 엔코더 출력
푸시풀 출력 드라이버는 토템 폴 드라이버 또는 싱글 엔드 드라이버라고도 하며 NPN 및 PNP 트랜지스터를 모두 통합합니다. 이 설계는 단일 장치에서 싱킹 및 소싱 출력의 속성을 찾습니다. 이 아키텍처는 싱킹 및 소싱 컨트롤/카운터와 모두 호환되도록 합니다. 회로도의 특징적인 토템 폴 모양은 이 드라이버에 별명을 붙였습니다.
오픈 컬렉터 출력에 사용되는 풀업 저항을 제거함으로써 푸시풀 출력은 전력을 덜 사용하므로 배터리 작동 설계에 적합한 옵션입니다. 적당한 가격 프리미엄만으로 푸시풀 출력 드라이버는 대부분 시스템과 호환되는 매우 유연한 솔루션을 제공합니다.
차동 라인 드라이버 엔코더 출력
차동 라인 드라이버 엔코더 출력은 특히 고잡음 환경에서 다양한 산업용 애플리케이션에 필수가 되었습니다. 라인 드라이버는 출력을 적극적으로 높이고 낮출 수 있어 부하에서 전류를 싱크하고 소싱할 수 있습니다. 결과적으로 더 높은 전류를 생성하여 더 긴 전송 거리를 지원할 수 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이 이러한 종류의 출력 칩은 라인 아래로 전류를 소싱하거나 “구동”합니다.
내부 저항이 10kΩ인 카운터에 피드백을 제공하는 엔코더를 생각해 보세요. 엔코더는 12VDC 전원으로 구동됩니다. 2kΩ 풀업 저항과 함께 오픈 컬렉터 출력을 사용하면 카운터의 풀업 저항과 내부 저항 간의 비율이 높기 때문에 종단 지점의 전압이 10VDC로 떨어집니다. 라인 드라이버 출력으로 전환하면 더 이상 문제가 되지 않습니다. 전류가 라인 드라이버의 용량을 초과하지 않는 한 출력 전압은 12VDC에서 일정하게 유지됩니다.
차동 라인 드라이버는 싱글 엔드 형식(즉, 푸시풀 출력)으로 사용할 수 있지만, 노이즈 제거를 위해 보완 또는 차동 신호와 함께 가장 일반적으로 사용됩니다.
라인 드라이버 출력의 일반적인 예는 다음과 같습니다.
- 7272 엔코더 라인 드라이버 출력
- 7273 엔코더 라인 드라이버 출력
- 4469 엔코더 라인 드라이버 출력
- 고전력 MOSFET 라인 드라이버 출력
잘못된 라인 드라이버를 선택한 예
충분한 전류 용량을 갖춘 엔코더 라인 드라이버를 선택하는 것이 필수적입니다. 모든 케이블에는 본질적으로 충전에 필요한 전류량을 증가시키는 일정 수준의 정전 용량이 있습니다. 이는 라인 드라이버에 대한 전류 스파이크처럼 보입니다. 라인 드라이버가 해당 유형의 전류 수요를 처리할 수 있도록 정격이 지정되지 않은 경우 전압을 떨어뜨려 대응합니다. 출력 펄스 스트림에 미치는 영향은 사각파의 선행 에지에서 더 긴 상승 시간과 사각파의 하강 에지에서 유사한 라운딩 효과입니다(아래 그림 참조).
이미지: 높은 케이블 커패시턴스로 인해 전류 소모가 갑자기 급증하면 라인 드라이버가 보상 전압을 낮출 수 있습니다. 이로 인해 펄스의 상승 시간이 늘어나 깨끗한 사각파(위)에서 번진 펄스(아래)로 변환됩니다.
이는 특히 사각 엔코더의 펄스 상승 및 하강 에지에서 트리거되는 판독 장치의 경우 오류를 유발할 수 있습니다. 이 문제에 대한 해결책은 더 높은 전류에 대해 정격이 지정된 라인 드라이버를 선택하는 것입니다. 이렇게 하면 깨끗한 사각파에 더 가까운 출력이 생성됩니다.