A função primordial de um driver de saída em um encoder é amplificar e processar o sinal proveniente dos circuitos de leitura, como o módulo e o disco, e convertê-lo em sinais de ondas quadradas que serão transmitidos para o dispositivo responsável pela leitura desses sinais, geralmente drives de motores, inversores e controladores lógico-programáveis.
Para encoders incrementais, existem pelo menos três tipos de saídas possíveis:
- Saída em Coletor Aberto;
- Saída Push-Pull com transistores;
- Saída com line driver com saídas diferenciais.
Os encoders das famílias B58N, HS35N, AGBR e B40 da Dynapar possuem saídas do tipo line driver.
Já para encoders absolutos, existem três principais formas de transmissão de dados:
- Saída Paralela;
- Saída Serial (interfaces ponto a ponto, como SSI ou BiSS);
- Protocolos do tipo Field Bus (CanOpen e DeviceNet) e protocolos baseados em rede Ethernet (EtherNet/IP, Profinet ou EtherCAT).
Circuitos de Saída dos Encoders Incrementais
Os encoders incrementais podem ser conectados a controladores ou contadores usando um esquema de fio único (uma única via por canal) ou fios em par diferencial (duas vias por canal).
A vantagem do sinal diferencial é sua maior resistência à interferência eletromagnética, devido à rejeição do ruído em modo comum, uma vez que os canais estão referenciados entre si (por exemplo, A e A/) e não à terra. A desvantagem desse sistema é a necessidade de um maior número de vias e o aumento das dimensões dos cabos.
Todos os encoders ópticos requerem drivers de saída para converter o sinal de módulo de leitura em um sinal de onda quadrada e enviá-lo para o controle/contador.
Os sinais elétricos de Entrada (Input) e Saída (Output) I/O podem ser classificados como Dreno (Sinking) ou Fonte (Source).
- I/O do tipo Dreno: O dispositivo fornece um caminho para o terra;
- I/O do tipo Fonte: O dispositivo é uma fonte de tensão.
Embora existam exceções, é fundamental que todo sinal de comunicação corresponda à saída do encoder com a entrada do equipamento de controle (por exemplo, PLC, contadores, etc).
As saídas do tipo Dreno geralmente se baseiam em transistores NPN, enquanto as saídas do tipo Fonte se baseiam em transistores PNP. Na tabela abaixo, podemos verificar os tipos de saída existentes, inclusive aqueles que têm a capacidade de Drenar e Suprir corrente:
| Tipo | Tipo de Saída | Tipo de Transistor | Equipamento de Controle | Distância do Cabo |
| Coletor Aberto | Só Dreno | Só NPN | Somente a Fonte | Curto |
| Push-Pull | Fonte/Dreno | NPN/PNP | Fonte e Dreno | Médio |
| Diferencial | Fonte/Dreno | NPN/PNP | Fonte e Dreno | Longo |
Circuito de Saída em Coletor Aberto
Os drivers do tipo coletor aberto são simples e econômicos. Eles têm a capacidade de apenas drenar corrente e, portanto, devem ser usados com controladores capazes de fornecer essa corrente (geralmente incluindo um resistor de pull-up interno).
Os drivers de coletor aberto são baseados em transistores do tipo NPN. Quando o transistor está ligado (fechado), o encoder funciona como um dreno de corrente. Quando o transistor está desligado (em corte), a saída fica aberta e flutuante.
Como o transistor mantém a saída “coletor aberto”, o resistor de “pull-up” faz com que a tensão de saída seja positiva. No momento do chaveamento, a tensão de saída cai para zero e o sinal de onda quadrada é gerado.
No entanto, o circuito de coletor aberto não é adequado para ambientes ruidosos ou quando há grandes distâncias entre o encoder e o equipamento de controle. Além disso, funciona melhor com baixas resoluções devido ao “slew-rate” causado pela capacitância do cabo em conjunto com o resistor de “pull-up”. Portanto, não é a escolha ideal para canais complementares (A, /A, B, /B) devido ao risco de distorção do sinal ao controlador.
Apesar dessas limitações, os encoders com saída em coletor aberto são opções mais econômicas em ambientes com baixo ruído ou pequenas distâncias de comunicação.
Circuito de Saída do Tipo Push-Pull
Os drivers do tipo Push-Pull, também conhecidos como drivers do tipo Totem-Pole ou single-ended, incorporam ambos os transistores NPN e PNP. Esse tipo de circuito oferece a capacidade de fornecer e drenar corrente em um único dispositivo.
O termo “Totem-Pole” deriva do formato do esquemático, com o transistor PNP acima do transistor NPN.
Esses drivers eliminam o resistor de pull-up presente no circuito de coletor aberto, dissipando menos potência e fornecendo uma solução flexível que é compatível com a maioria dos circuitos de entrada.
Circuito de Saída do Tipo Line-Driver
Os circuitos de saída do tipo line driver tornaram-se o padrão em aplicações industriais em muitos contextos. Eles têm a capacidade de forçar ativamente a saída entre os níveis lógicos alto e baixo, permitindo a circulação de corrente tanto para fornecer quanto para drenar corrente.
Isso torna esse tipo de saída adequado para transmissões de longa distância e ambientes industriais.
Por exemplo, considere um encoder que fornece um sinal para um contador com uma resistência interna de 10 kΩ e é alimentado por uma fonte de 12Vcc. Com um circuito de coletor aberto e um resistor de pull-up de 2 kΩ, a tensão na extremidade da linha terá uma queda de tensão até 10Vcc devido à alta resistência interna do contador e ao resistor de pull-up.
No entanto, se mudarmos para um circuito de saída do tipo line-driver, isso não será mais um problema, pois o circuito pode fornecer corrente na saída, mantendo a tensão praticamente em 12Vcc.
Embora o driver diferencial possa ser usado como saída única (como Push-Pull), ele é mais comumente usado com sinais complementares devido à capacidade de cancelamento de ruído comum.
Alguns exemplos de circuitos integrados de saída incluem:
- 7272 line driver
- 7273 line driver
- 4469 line driver
- Saída Utilizando MOSFETs de Potência
Exemplo da Escolha Inadequada de um Driver de Saída
É crucial selecionar um line driver de encoder com capacidade de corrente adequada. Todos os cabos possuem alguma capacitância que aumenta a demanda de corrente, fazendo com que o sinal se assemelhe a um pico de line driver.
Se o line driver não estiver dimensionado para lidar com essa demanda de corrente, ele responderá reduzindo a tensão. Isso resultará em um tempo de subida mais longo na borda de subida do sinal quadrado e uma transição de queda semelhante na borda de descida, afetando negativamente o pulso de saída.
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Discutimos as características dos circuitos de saída para encoders incrementais, incluindo saídas em coletor aberto, push-pull e line driver, e as vantagens de cada uma em diferentes contextos industriais. Para obter aconselhamento especializado na escolha do driver mais adequado para seu sistema e explorar uma ampla gama de soluções de encoders, entre em contato com a Alpes Automação!
