CAM622 von CambridgeIC – Präzise Positionsmessung mit Type-B Sensorik.
Der Einsatz resonant-induktiver Positionssensorik hat sich in den letzten Jahren zu einer leistungsfähigen Alternative zu optischen und magnetischen Encodern entwickelt. Mit dem Encoder-IC CAM622 von CambridgeIC steht Entwicklern eine hochintegrierte Lösung zur Verfügung, die insbesondere in Kombination mit Sensoren und Targets vom Typ B neue Maßstäbe hinsichtlich Robustheit, Präzision und Integrationsfähigkeit setzt.
Die berührungslose Positionsmessung basiert auf einem überraschend einfachen Prinzip. Sowohl der Sensor als auch das bewegte Target werden mit konventioneller Leiterplattentechnologie gefertigt. Während der Sensor mehrere gedruckte Spulen enthält, befindet sich im Target ein Resonanzkreis aus einer Leiterbahnspule und Kondensatoren. Zwischen beiden besteht weder ein mechanischer noch ein elektrischer Kontakt. Stattdessen regt die Sensorelektronik den Resonator im Target induktiv an und wertet die vom Target zurückgekoppelten Signale aus. Aus deren Amplituden berechnet der CAM622 die absolute Position des Targets.
Im Gegensatz zu optischen Encodern sind keine Lichtquellen oder Codescheiben erforderlich. Ebenso entfallen Permanentmagnete, wie sie bei magnetischen Messsystemen eingesetzt werden. Da Sensor und Target ausschließlich aus Leiterplattenstrukturen bestehen, lassen sie sich kostengünstig herstellen, sind mechanisch robust und können direkt in bestehende Leiterplatten oder Baugruppen integriert werden. Die hohe Präzision moderner Leiterplattenfertigung überträgt sich dabei unmittelbar auf die Messgenauigkeit des Sensors.
Ein wesentlicher Vorteil liegt im Resonanzprinzip. Während klassische induktive Positionssensoren lediglich die durch ein Target verursachte Abschwächung oder Verformung des Magnetfeldes auswerten, bildet das Target beim Type-B-System einen abgestimmten LC-Resonator. Wird dieser vom Sensor angeregt, speichert er Energie und sendet ein resonanzverstärktes Signal wieder ab. Dadurch entsteht ein deutlich stärkeres und besser auswertbares Signal, das hohe Auflösungen, größere Luftspalte und eine robuste Positionsbestimmung ermöglicht.
Die Resonanzfrequenz des Targets wird kontinuierlich überwacht. Das System passt seine Erregerfrequenz automatisch an die Resonanzfrequenz des angeschlossenen Targets an und arbeitet dadurch stets im optimalen Arbeitspunkt. Einflüsse wie Temperaturänderungen oder Bauteiltoleranzen werden automatisch kompensiert.
Das Herzstück der Type-B-Technologie bildet der Encoder-IC CAM622. Er verarbeitet die vom Sensor gelieferten Signale und berechnet daraus in Echtzeit die absolute Position des Targets.
Die Positionsdaten können über verschiedene industrielle und automotive Schnittstellen ausgegeben werden. Neben SPI unterstützt der CAM622 klassische ABN-Inkrementalsignale sowie das im Automobilbereich etablierte SENT-Protokoll. Für Anwendungen mit der in der industriellen Automatisierung weit verbreiteten BiSS-C-Schnittstelle steht mit dem iC-MCB von iC-Haus ein passender Interface-Baustein zur Verfügung. Dadurch lässt sich der CAM622 flexibel in unterschiedlichste Steuerungs- und Encoderarchitekturen integrieren.
Die Type-B-Rotationssensoren bestehen aus zwei Leiterplatten: einer feststehenden Sensorplatine und einem drehbar gelagerten Target. Beide verfügen über eine zentrale Durchgangsöffnung, sodass sie direkt auf einer Welle montiert werden können. Zwischen Sensor und Target ist lediglich ein definierter Luftspalt erforderlich. Für eine optimale Performance wird ein Abstand von 1 mm empfohlen. Das Messprinzip arbeitet jedoch auch bei deutlich größeren Luftspalten und bietet dadurch einen hohen konstruktiven Freiheitsgrad. Eine mechanische oder elektrische Verbindung zwischen beiden Leiterplatten ist nicht erforderlich. Dadurch lassen sich die Sensoren einfach in bestehende Konstruktionen integrieren und ermöglichen eine berührungslose absolute Winkelmessung über 360°.
Die Messperformance wird dabei maßgeblich durch den Aufbau der Sensorstruktur bestimmt. Die Typbezeichnung gibt die Anzahl der hochauflösenden Feinspulen an. Ein Sensor des Typs B3 verfügt über drei Feinspulen, ein B5 über fünf und ein B9 über neun Feinspulen. Da alle Rotationssensoren einen Messbereich von 360° abdecken, steigt mit der Anzahl der Feinspulen die erreichbare Winkelauflösung. Die jeweilige Sensorgeometrie begrenzt jedoch die maximal realisierbare Anzahl der Feinspulen, da sich diese nicht beliebig verkleinern lassen.
Typische Einsatzgebiete sind Standard-Encoder, Servoantriebe, Pan-Tilt-Systeme, beispielsweise für Kameras oder LiDAR-Sensoren, sowie hochpräzise Winkelmesssysteme im Maschinen- und Anlagenbau.
Das resonant-induktive Messprinzip eignet sich gleichermaßen für die berührungslose lineare Positionsmessung. Hier bewegt sich das resonante Target entlang einer feststehenden Sensorplatine und liefert über den gesamten Messbereich absolute Positionswerte. Standardmäßig stehen Typ-B-Linearsensoren mit festen Messbereichen von 40 mm bis 200 mm zur Verfügung. Für spezielle Anwendungen entwickelt CambridgeIC bei Bedarf auch kundenspezifische Sensor-Geometrien. Dabei können neben dem Messbereich auch weitere Parameter wie die Sensorbreite an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Eine größere Sensorbreite ermöglicht beispielsweise auch größere Luftspalte zwischen Sensor und Target.
Typische Anwendungsbereiche reichen von Linearmotoren und Ventilpositionierungen bis hin zu Lenksystemen und der Laborautomatisierung.
Ein wesentlicher Vorteil der Type-B-Technologie liegt in der einfachen Integration in bestehende Elektroniksysteme. CambridgeIC stellt Entwicklern die Layoutdaten der Sensor- und Targetstrukturen als Gerber-Dateien kostenlos zur Verfügung. Dadurch können beide ohne zusätzliche Lizenzkosten zusammen mit der eigenen Platine bei jedem Leiterplattenhersteller gefertigt werden. Zusätzliche Sensorkomponenten oder spezielle Fertigungsprozesse sind nicht erforderlich.
Dies reduziert nicht nur Material-, Beschaffungs- und Montageaufwand, sondern eröffnet auch neue konstruktive Möglichkeiten. Sensor und Target können entweder direkt in die eigene Platine integriert oder platzsparend mit bestehenden Baugruppen kombiniert werden.
Dank des resonant-induktiven Messprinzips arbeitet das System zudem tolerant gegenüber Fehlausrichtungen und Neigungen, sodass keine mechanische Kalibrierung erforderlich ist. Dies vereinfacht sowohl die Entwicklung als auch die Inbetriebnahme und ermöglicht gleichzeitig Anwendungen mit sehr begrenztem Bauraum.
Für einen schnellen Einstieg in die Type-B-Technologie steht ein umfassendes Evaluierungs-System zur Verfügung. Es besteht aus dem CAM622 MultiComms Board, dem CAM MultiComms Adapter als Schnittstellen-Gateway sowie einer Windows-Software zur Parametrierung, Visualisierung und Analyse der Messdaten.
Mit diesem Evaluierungssystem können Entwickler die Technologie ohne eigene Hardwareentwicklung unmittelbar in Betrieb nehmen, verschiedene Sensoren charakterisieren und Applikationen schnell validieren.
„Mit dem CAM622 und den Type-B-Sensoren steht unseren Kunden eine Technologie zur Verfügung, die neue Möglichkeiten in der Positionssensorik eröffnet. Besonders beeindruckend ist die Kombination aus Präzision, Robustheit und Integrationsfähigkeit, die völlig neue Designansätze ermöglicht“, erklärt Guido Gandolfo, Product Line Manager Motion Control bei der MEV „Ich bin überzeugt, dass diese Technologie insbesondere dort neue Möglichkeiten eröffnet, wo bisher konstruktive Grenzen klassischer Encoderlösungen bestanden.“
Zusammenfassend bietet der CAM622 in Verbindung mit der Type-B-Sensorarchitektur eine interessante Alternative zu etablierten Encodertechnologien für rotative und lineare Positionsmessungen. Die Kombination aus resonant-induktivem Messprinzip, vollständig PCB-basierter Sensorik, intelligenter Signalverarbeitung und einfacher Integration eröffnet Entwicklern neue Freiheitsgrade bei der Konstruktion moderner, kosten- und leistungsoptimierter Sensorsysteme.
Cambridge IC ist ein 2007 gegründetes Halbleiterunternehmen mit Hauptsitz in Cambridge, Großbritannien, das sich auf induktive und resonant-induktive Positionssensor-ICs spezialisiert hat. Das Unternehmen entwickelt hochintegrierte Ein-Chip-Lösungen für die präzise, berührungslose Positions- und Winkelmessung in Industrie- und Automobilanwendungen. Ergänzt wird das Portfolio durch passende Sensor- und Target-Designs, die Entwicklern den schnellen Einstieg in die Technologie ermöglichen und die Realisierung kundenspezifischer Encoder-Lösungen unterstützen.
CAM Sensor Rotary Type B Produktseite
CAM Sensor Linear Type B Produktseite
CAM622 MultiComms Bundle Produktseite
Guido Gandolfo
Product Line Manager
Motion Control
+49 5424 2340-57
ggandolfo@mev-elektronik.com
Hinweis: Das Titel-Bild wurde mit Hilfe von KI erstellt.
