EnDat 2.2 接口设计成为符合 EMC 标准的接口

Heidenhain 的 EnDat 2.2 接口是用于线性或旋转位置反馈编码器的纯数字双向串行接口标准。EnDat 2.2 主站通过模式命令将传输的数据类型（如绝对位置、参数和诊断）发送到编码器。EnDat 2.2 接口也适用于最高 SIL 3 的安全相关应用。

在工业应用中，位置反馈编码器可能安装在距离变频器最远 100m 的地方。EnDat 2.2 时钟频率为 100kHz 至 16MHz，电缆长度可达 20m，100m 时可达 8MHz。

如何为符合行业标准的变频器设计符合 EMC 标准的接口？

IEC618000-3 规定了可调速电力驱动系统的 EMC 要求，其中 EnDat 2.2 主接口模块是一个子系统。由于编码器电缆可长达 100m，因此接口必须至少通过表 1 中列出的测试要求。

· (A) 模块应继续按预期运行。即使在测试期间也不会损失功能或性能。

· (B) 可以接受暂时的性能下降。测试后，模块应继续按预期运行，无需人工干预。

· (C) 测试过程中，接受功能丧失，但硬件或软件不被破坏。测试后，手动重启、断电或上电后，模块应自动继续按预期运行。

表 1：IEC61800-3 EMC 要求摘录

图 1 是作为变频器一部分的 EnDat 2.2 主接口模块的相应框图。

EnDat 2.2 位置编码器通过一根八线屏蔽电缆连接到 EnDat 2.2 主接口。两根线用于编码器电源，两根线用于电池缓冲或并联电源线。基于RS-485的串行通信只需要四根信号线：两根用于半双工模式下的双向差分数据信号DATA+和DATA-，另外两根用于差分时钟信号CLOCK+和CLOCK-。

图1 ：EnDat 2.2 主接口模块框图

EnDat 2.2 主接口模块的主要构建块是：

· EnDat 2.2 编码器的受保护编码器电源。

· RS-485 收发器，如SN65HVD78，用于 EnDat 2.2 时钟和半双工数据。

· 像 TI 的Sitara™ AM437x 处理器这样的主处理器，它实现了 EnDat 2.2 主控。

第一个构建块是受保护的编码器电源，旨在满足 Heidenhain 对 EnDat 2.2 编码器的规范，其电源范围从 3.6V 扩展到 14V。 

使用EnDat 2.2 位置编码器接口的参考设计(TIDA-00172)，我们可以使用 DC/DC 降压转换器实现编码器电源，如表 2 所示。

表 2：编码器电源通用规格

借助电子保险丝 (eFuse)，该设计还符合 IEC 61010-1，其中次级电路必须供电（在本设计中为 DC/DC 降压转换器），电流或功率限制由 IEC 61010-1 设置:2011-07，第 9.4 节。

eFuse 作为受保护编码器电源的一部分，可在发生故障时以电子方式断开编码器的电源并发出故障标志。故障条件是过压、欠压、过功率和过流。故障标志允许主机控制器识别电缆短路等故障情况并采取相应措施。表 3 指定了在 TIDA-00172 参考设计中实现的附加保护功能。

表 3：编码器电源保护规范

EnDat 2.2 主接口的第二个构建块是 RS-485 接口。RS-485 收发器的最小波特率应至少为 32Mbps，以支持最大 16MHz EnDat 2.2 时钟频率。

图 3 显示了使用参考设计实现的差分数据信号的 EMC 兼容接口。假设我们使用 Heidenhain 的屏蔽电缆连接 EnDat 2.2 编码器。

图2 ：EnDat 2.2 RS-485 差分数据信号的 EMC 兼容接口

RS-485 接口提供-7V 至+12V 的宽共模电压范围。为了提高对静电放电 (ESD)、电快速瞬变 (EFT) 和浪涌的抗扰度，该参考设计使用具有集成 ±12kV IEC ESD 保护功能的 SN65HVD78 RS-485 收发器。10Ω 防脉冲电阻器可限制钳位电流，而 330pF 旁路电容器可衰减共模电压瞬变。有关详细信息，请参阅TIDA-00172 TI 设计文件夹。

第三个构建块实现了控制通信的 EnDat 2.2 主站。它生成时钟信号，选择数据方向，并与时钟同步发送和接收数据。当既不发送也不接收数据时，时钟保持高电平。

图 3 显示了一个位置值数据包传输示例。在两个时钟脉冲之后，EnDat 2.2 主机发送模式命令（编码器发送位置），从编码器回复位置值、起始位和错误位以及 5 位循环冗余校验 (CRC)。

尽管图 3 没有描述传播延迟补偿，但延迟补偿是一项重要功能，因为通过典型编码器电缆的延迟约为 5ns/m。在 10m 电缆长度上，往返延迟为 100ns。对于 16MHz EnDat 2.2 时钟，这等于 1.6 个时钟周期的相移！因此，适当的延迟补偿是 EnDat 2.2 主站的主要功能。

过去，EnDat 2.2 主控器在 FPGA 和 ASIC 上实现，最近在 Sitara AM437x 处理器等创新处理器上实现。Sitara AM437x 处理器利用可编程实时单元子系统和工业通信子系统 (PRU-ICSS) 外设来实施 EnDat 2.2 主设备。EnDat 2.2 主固件可用于 Sitara AM437x 处理器，作为 Sitara 处理器的 SYS/BIOS 工业软件开发套件 (SDK) 的一部分。

如果我们已准备好开始设计，请查看使用 EnDat 2.2 的位置编码器接口的参考设计，以获得符合 EMC 标准的接口，以及用于 Sitara AM437x 上 EnDat2.2 主设备的工业通信和电机控制的单芯片驱动器.