de.wedoany.com-Bericht: Geehy Semiconductor hat seinen ersten speziell für Encoder entwickelten MCU, den G32R430, vorgestellt. Dieser Chip basiert auf dem Arm Cortex-M52-Kern und ist mit einer selbst entwickelten ATAN-Hardwarebeschleunigungsanweisung ausgestattet, die eine mikrosekundenschnelle elektrische Winkelberechnung und einen extrem niedrigen Standby-Stromverbrauch ermöglicht. Damit bietet er eine lokalisierte Chip-Lösung für Bewegungssteuerungsszenarien wie humanoide Roboter und industrielle Servoantriebe.
Angetrieben durch die drei großen Trends Industrie 4.0, intelligente Fertigung und verkörperte Intelligenz entwickelt sich die Encoder-Branche in Richtung hoher Präzision, niedrigem Stromverbrauch, Miniaturisierung und lokaler Substitution. Bei herkömmlichen Lösungen sind protokollumsetzende Encoder auf DSP-Module angewiesen, was hohe Kosten und feste Algorithmen mit sich bringt; universelle MCUs hingegen können hohe ADC-Präzision, schnelle Berechnungen und niedrigen Stromverbrauch nicht gleichzeitig gewährleisten. Der G32R430 adressiert diese Probleme mit einer speziellen Architektur, die Funktionen wie Signalerfassung, Winkelberechnung und Protokollausgabe in einem integriert.
In Bezug auf die Rechenleistung arbeitet der G32R430 mit einer Taktfrequenz von 128 MHz, unterstützt ITCM- und DTCM-eng gekoppelte Speicher sowie 4 KB Cache und ermöglicht einen wartefreien Datenzugriff. Die selbst entwickelte ATAN-Berechnungsanweisung für den elektrischen Winkel erreicht eine Messgenauigkeit von besser als 0,0001 Grad, mit einer Ausgangsverzögerung des elektrischen Winkels von weniger als 1 Mikrosekunde – eine Verbesserung von etwa 40 % gegenüber herkömmlichen Lösungen. In der Hauptverarbeitungskette beträgt die Ausführungszeit für nicht-algorithmische Aufgaben wie Signalabtastung und elektrische Winkelberechnung weniger als 3 Mikrosekunden. Der Chip ist mit zwei 16-Bit-Hochpräzisions-ADCs ausgestattet, deren effektive Auflösung im differentiellen Eingang mindestens 13,5 Bit beträgt, wodurch er stabil magnetische absolute Encoder mit 17 Bit oder mehr Auflösung und optische absolute Encoder mit 23 Bit unterstützt. Zu den hochintegrierten Peripheriegeräten gehören ein 12-Bit-ADC, zwei 10-Bit-DACs, programmierbare analoge Komparatoren sowie Kommunikationsschnittstellen wie USART, I2C, SPI, die mit Protokollen wie Tamagawa, BiSS-C und SSI kompatibel sind. Die Kommunikationsrate beträgt bis zu 8 Mbps. Ein einzelner Chip kann die sechs Hauptfunktionen Erfassung, Berechnung, Kompensation, Mehrfachumdrehungszählung, Protokollausgabe und Niedrigenergieverwaltung ausführen.
Beim Stromverbrauch bietet der G32R430 mehrere Niedrigenergiemodi. Im Stop-Modus liegt der Stromverbrauch unter 15 Mikroampere, die Aufwachzeit beträgt weniger als 20 Mikrosekunden; im Standby-Modus liegt der Stromverbrauch unter 2 Mikroampere, die Aufwachzeit beträgt weniger als 50 Mikrosekunden. Der Chip unterstützt eine ultrabreite Betriebsspannung von 1,7 V bis 3,6 V und kann direkt von einer Knopfzelle oder einem Lithium-Akku versorgt werden, wodurch Spannungswandlungsverluste reduziert werden. Der Betriebstemperaturbereich erstreckt sich von minus 40 Grad Celsius bis 105 Grad Celsius. Der Chip entspricht dem Funktionssicherheitsstandard IEC 61508 und bietet eine ESD-Störfestigkeit von HBM ±4 kV und CDM ±1 kV.
Basierend auf dem G32R430 hat Geehy eine Referenzlösung für einen auf der Welle montierten magnetischen absoluten Encoder mit Tamagawa-Protokoll vorgestellt. Diese Lösung verwendet eine Architektur zur Dekodierung analoger Signale, erfasst direkt die rohen SIN/COS-Signale und benötigt keinen speziellen DSP-Chip – ein einzelner Chip übernimmt alle Funktionen. Die gesamten BOM-Kosten werden um 20 % bis 30 % gesenkt. Die durchschnittliche statische Leistungsaufnahme des gesamten Geräts beträgt etwa 14 Mikroampere. Bei einem 1100-mAh-Akku beträgt die theoretische Batterielebensdauer über 7 Jahre. Die Platine der Lösung hat einen Durchmesser von nur 35 mm und passt in Servomotoren mit einem minimalen Flanschdurchmesser von 40 mm, was den Anforderungen kompakter Gelenke gerecht wird.
Der G32R430 deckt vier Hauptanwendungsszenarien ab: Gelenke humanoider Roboter, industrielle Servoantriebe, Aufzüge und AGVs sowie batteriebetriebene tragbare Präzisionsgeräte. In Roboteranwendungen unterstützt der Chip mit seiner mikrosekundenschnellen Berechnung und seinem Mikroampere-Standby-Stromverbrauch hohe Dynamik und lange Betriebsdauer. In industriellen Servoantrieben kann er mit magnetischen Encodern ab 17 Bit oder optischen Encodern ab 23 Bit zusammenarbeiten, wobei die Gesamtzeit der Hauptverarbeitungskette unter 11,5 Mikrosekunden liegt, was die Reaktionsfähigkeit des geschlossenen Regelkreises verbessert.
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