现代工厂使用大型电动机来控制工厂运转所必需的机器。为了提高灵活性和准确性，这些电动机有时是处理器控制的。至关重要的是，控制这些大型电机的电子设备必须设计成这样一种方式，即如果出现问题，电机可以安全快速地关闭。未能发现问题并充分控制电机可能导致昂贵设备的破坏，以及受伤甚至可能死亡。MAX3097E / MAX3098E是专门设计用于绝对定位控制回路中的电机。这些部件具有独特的功能，可以在恶劣的工业环境中实现更安全，更坚固的设计。为了更好地了解MAX3097E/MAX3098E的独特功能，让我们首先回顾一下电机控制的基础知识。

图1中的模块包括处理器、电机驱动电路、电动机和编码器。处理器决定驱动电机的强度和位置。电机驱动电路包含驱动电机所需的所有电力电子器件，编码器向处理器提供位置、方向和速度信息，从而闭合环路。要了解MAX3097E/MAX3098E的工作原理，就必须对编码器的工作原理有一个很好的掌握。

编码器操作

编码器的功能是向处理器提供速度、方向和位置信息。电机编码器可以采用许多不同的形式。MAX3097E/MAX3098E设计用于与三输出编码器一起工作，该编码器通常是光学结构。光学编码器的工作原理是将光通过一个轮子或照射到一个带标记的光盘上，光盘随电机转动。根据应用和所需的精度，编码器可以在其边缘周围找到不同数量的槽/标记。此外，位于下面的另一个槽用于索引。两个光学传感器以这样一种方式定位，以便在主槽上给出正交信息。最终结果是三个数字输出，通常称为A、B和z。参见图2。

速度

编码器轮通常使电机每转一圈就转一圈或处于齿轮比。因此，来自A和B输出的数字信号的频率与电机的速度成比例地变化。例如，1000线编码器直接耦合到以5000RPM旋转的电机，其频率为83kHz。因此，通过测量A或B输出的频率，处理器可以确定电机的速度。

方向

方向可以通过测量A和B输出之间的相位差来确定。在图2中，如果A比B先上升，则电机向一个方向转动，如果B比A先上升，则电机向另一个方向转动。

位置

指数脉冲可以用作电机旋转位置的参考点。一旦知道了索引脉冲的位置，就可以计算A和B输出，以更准确地确定位置。使用100槽光学编码器，电机轴的位置可以解析到小于4度。

使电子产品远程化

MAX3097E/MAX3098E如何融入画面?这个谜题还有一个缺失的部分。在典型的工业设置中，通常希望将所有控制电子设备放在一个中心点，以简化维护和布线问题。以传送带系统为例，传送带可能有数百英尺长，但控制电子设备通常位于局部机柜中。这给设计者提出了一个问题，因为使用这些系统的环境通常是嘈杂的电子环境。为了降低噪声，设计人员经常采用通过RS-485设备传输三个编码器信号的方法(为了本文的目的，RS-422和RS-485可以互换使用)。RS-485是天然的，因为它对噪音的高免疫力和长距离行驶的能力。在典型的应用中，使用四路驱动器和接收器:26LS32和26LS31或类似的器件，如图3所示。

该解决方案比不使用RS-485驱动程序的系统健壮得多。但是，线路长度较长会出现问题，MAX3097E/MAX3098E专门针对这些问题设计，并通过以下方式改进26LS31和26LS32型器件:

• 高ESD保护

• 更好的共模抑制

• 故障识别

高ESD防护

所有部件都有防静电保护，但MAX3097E/MAX3098E的防护等级远高于典型的人体模型:15kV。这意味着ESD事件导致错误的可能性较小，从而导致电机控制器停止正常工作。ESD结构的详细描述超出了本文的范围，但可以从应用说明651“I/O端口的ESD保护”中获得更多信息。

更好的共模抑制

使用电机编码器的环境通常是非常嘈杂的。系统内的不同接地之间可能出现共模差异。典型的RS-485设备具有-7V至+ 12V的共模抑制范围。在MAX3097E/MAX3098E中，Maxim将此范围从-10V扩展到+13.2V。

故障识别

虽然上面描述的优点是有用的，但MAX3097E/MAX3098E的真正功率在于它们能够识别和指示电机控制器的µP故障。查看图4，注意有五个引脚，分别标记为alarmma、AlarmB、AlarmZ、AlarmD和Delay。这些引脚是MAX3097E/MAX3098E独有的，并向电机控制器提供发生物理线路错误的信息。一旦电机控制器确定发生了错误，就可以采取适当的行动来确保系统的有序和安全关闭。

“alarmma”、“AlarmB”和“AlarmZ”的功能完全相同，只是在各自的线路上显示故障。Fault-D输出是三个信号的或。此外，它还内置了可编程延迟。此输出应用于全局告警。当信号相互交叉时，延迟是用来阻止错误触发故障检测器的。下面描述了可以检测到的错误以及如何使用MAX3097E/MAX3098E来确定发生了哪些错误。

检测共模范围过大

如前所述，MAX3097E/MAX3098E的共模范围为-10V至+13.2V。虽然这明显优于典型RS-485设备的共模范围(-7V至+ 12V)，但仍有可能超出此范围。如果超出典型RS-485接收器的共模输入范围，则不能依赖它给出正确的输出状态。对于MAX3097E/MAX3098E也是如此，但是相关的报警引脚输出将被驱动为高电平，这表明处理器数据不可靠。参见图5。

检测开路输入导线

对于任何一段电缆，电线都有可能从连接器上掉下来，连接器断裂，电缆无意中被切断。

通常，接收器连接包含一个终端电阻来抑制反射，如图6所示。通常的值是100欧姆或120欧姆，这取决于所使用的连接电缆的阻抗。

图6显示了电机编码器信号接收器的连接。由于终端电阻的存在，如果A\突然断开，那么A\的电压水平将被拉向A的电压水平。在MAX3097E中，有一个阈值比较器，如果| V(A-A\) | <400 mv。该技术允许部件检测其中一条线上是否有开路。要使这种技术起作用，必须有终端电阻。因此，终端电阻应放置在同一板作为接收器，而不是被连接在外部螺丝端子，那里有可能会掉下来的机会。

在正常转换期间，信号a和a \有一个交叉时间。这将跳闸故障比较器，如|V(A-A\)| <400 mv。为了避免杂散信号，应该使用全局故障输出(故障D)。MAX3097E/MAX3098E包括故障D上的故障消隐功能，确保在故障出现一段固定时间(用户可通过外部电容设置)之前，输出不会切换。这确保了电机控制器不会因虚假交叉信号而不必要地中断。

检测输入导线短路在一起

长导线运行和端子座连接，很容易使电线短路在一起。由于RS-485通常是通过双绞线传输的，因此差分信号很可能会一起短路。

这种情况与开路的情况非常相似，如果A和A\一起短路，电压差将小于400mV，从而产生故障输出。

检测弱信号强度

在从编码器到控制电子设备的长时间电缆运行中，接收端的信号可以小于RS-485和RS-422规定的200mV所需差分信号。例如，可以安装电缆，安装时接收输入电平|V(A-A\)|刚好大于200mV。如果随着时间的推移，水分进入电缆，电缆的电容将增加。因此，接收输入|V(a - a \)|将降至200mV阈值以下。在这种情况下，接收到的数据不能得到保证，MAX3097E/MAX3098E标记故障状态。图8显示了检测电路的运行情况。

不同的安装需要安全阈值或允许的最大电线长度。为了满足这两种需求，MAX3097E和MAX3098E的信号强度阈值不同。在MAX3097E中，低压差分检测以0.4V为中心，以确保小于200mV的信号被标记为故障。在MAX3098E中，此故障阈值以0.2V为中心，以确保可以接收到最小电平的信号。这两个组件之间的选择取决于系统设计是否需要发出早期预警(MAX3097E)，或者是否需要实现最大距离(MAX3098E)。

参考电路

“增量光学编码器”，计算机光学产品公司，应用笔记，1996年12月。