죄송합니다. 더 이상 지원되지 않는 웹 브라우저입니다.

패널 실장 인코더 - 기본 사항 이해

PDF 다운로드

글/Jeff Smoot, CUI Devices의 애플리케이션 엔지니어링 및 동작 제어 부문 부사장

이 기사에서는 패널 실장 회전식 인코더의 전기 공학 영역에 대해 알아본다. 이러한 장치는 기본적으로 회전 변위를 호스트 시스템에 대한 전기 신호로 변환하는 트랜스듀서이다. 인코더의 메커니즘에는 회전 중에 펄스를 생성하는 과정이 포함되며, 이 펄스를 통해 제어 장치에서 방향, 위치, 개수, 속도와 같은 중요한 정보를 파악할 수 있다.

패널 실장 인코더는 다양한 산업에 필수적이고 방위, 항공 우주, 의료, 소비재, 테스트/측정 등 산업 전반에서 활용된다. 패널 실장 인코더는 용도가 다양하여 조종실 제어, 스튜디오 혼합기, 오디오 장비, 전자 연구실, 계측 설정, 모터 구동기 등 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 할 수 있으며, 정밀 제어 인터페이스 제작을 위해 고려할 수 있는 주요 옵션 중 하나이다. 이 기사에서는 패널 실장 회전식 인코더의 주요 사양과 고려 사항을 조명하여 기본 작동 방식을 살펴본다.

패널 실장 인코더 기본 사항

회전식 인코더에서 패널 실장 인코더는 물리적으로 패널에 부착된다는 사실만으로 이러한 이름을 얻었다. 이 장치는 스테레오의 볼륨 손잡이로 대표되는 휴먼 인터페이스 기능을 수행한다. 또한 사용자와 시스템 프로세서 사이의 통로 역할을 하여 사용자가 다양한 시스템 파라미터를 조작할 수 있도록 한다.

패널 실장 회전식 인코더를 유사한 회전 신호 변환 기능을 가진 다른 패널 실장 부품인 전위차계와 비교하면 뚜렷한 이점을 알 수 있다. 패널 실장 인코더는 더 엄격한 제조 허용 오차 범위를 적용하여 정확성과 일관성이 향상된다. 디지털 출력이 최신 디지털 장치에 맞게 원활하게 조정되므로 아날로그 디지털 컨버터가 필요하지 않아 비용과 잠재적 오류를 줄일 수도 있다. 

패널 실장 인코더 사양 및 고려 사항

패널 실장 회전식 인코더를 구체적으로 살펴볼 때 더욱 주의해야 할 몇 가지 핵심 사양과 고려 사항이 있다. PPR(회전당 펄스 수)은 360도 회전당 생성되는 방형파 펄스 수를 나타내어 인코더의 분해능을 정량화하는 정의 지표로 두드러진다(그림 1). PPR에 4를 곱하여 회전당 직각 위상 상태 변경 수를 나타내는 CPR(Counts Per Revolution) 단위로 분해능을 제공할 수도 있다. 

필수 기능인 멈춤쇠는 샤프트 회전 중에 ‘딸칵’ 소리를 내면서 고정되어 사용자 피드백에 기여한다. 360도 회전당 클릭 수로 지정되는 멈춤쇠는 의도치 않은 회전을 방지하고 특정 정도의 샤프트 이동 시 촉각으로 표시하는 역할을 한다.

인코더의 기능에 더하여 푸시 스위치 기능은 추가적인 사용자 입력 신호를 도입한다. 인코더 샤프트를 누르면 간단한 SPST 스위치가 작동한다. 이 기능은 일반적으로 인코더 손잡이를 돌려서 조작할 기능을 선택하는 데 사용된다.

회전식 인코더에서는 두 채널의 오프셋이 90전기각인 방형파를 활용하여 방향을 파악한다. 채널 간의 상대적 위상 변이를 통해 선행 채널을 감지하여 회전 방향에 대한 신뢰할 수 있는 지표를 제공할 수 있다(그림 2).

향상된 분해능을 추구하여 많은 응용 분야에서 두 채널 모두에서 저분해능에서 고분해능으로 전환한 다음 다시 저분해능으로 복귀하는 전환을 한 주기에 포괄하는 직각 위상 상태 변화를 선택한다. 이 접근 방식은 CPR을 효과적으로 높여서 인코더의 회전 이동 정밀도와 분해능을 높인다. 각 분해능에서 자세한 정보를 추출하여 다양한 응용 분야에서 인코드의 성능을 최적화하는 현명한 전략이다.

패널 실장 인코더를 마이크로 컨트롤러에 연결하려면 마이크로 컨트롤러에서 전류를 공급하는 회로를 생성하여 V+에 대한 경로를 제공하고 인코더를 통해 접지 경로를 제공한다. 이 협업은 완전한 회로를 형성하여 인코더와 마이크로 컨트롤러 간에 원활한 통신을 가능하게 한다. ‘개방형 콜렉터’는 ‘싱크’와 혼용되어 사용되며 출력 트랜지스터의 콜렉터가 장치 외부에 있다는 것을 나타낸다. 데이터 교환을 위해 효과적인 전기적 경로를 설정하는 것이다.

또한 마이크로 컨트롤러마다 다른 계산 방법을 사용한다는 것을 구분하는 것이 중요하다.

① 한 채널의 펄스 수: 이 간단한 방법에서는 1CPR을 할당하여 기본 개수로 충분한 응용 분야를 위해 계산 절차를 간소화한다.

② 두 채널의 펄스 수: 두 채널을 모두 활용하면 개수를 효과적으로 배가하여 인코더의 이동을 더 자세하고 정확하게 표현할 수 있다.

③ 직각 위상 상태 변경: 직각 위상 상태 변경을 선택하면 4CPC(Counts Per Cycle)를 활용하여 회전 이동을 추적할 때 훨씬 더 높은 분해능과 정밀도를 제공할 수 있다.

기계식 및 광학 비교

일반적으로 패널 실장 인코더는 두 기본 기술(기계식 및 광학)을 사용하여 작동한다. 스위치 어레이로 작동하는 기계식 인코더는 외부 가장자리를 따라 접점이 균일하게 배치된 코드 휠을 사용한다. 동시에 고정 접점이 인코더 섀시에 부착된다(그림 4). 코드 휠이 회전하면서 코드 휠 접점과 한 번에 하나씩 순차적으로 접촉했다가 중단된다. 회로에서 이 주기적인 결합 및 분리는 회전 이동을 전기 신호로 변환하는 기본 메커니즘인 전압 펄스를 생성한다.

기본적으로 기계식 스위치 어레이로 작동하는 기계식 인코더에서는 사용 가능한 출력을 보장하기 위해 디바운스 출력 및 프로그래밍이 필요하다는 점을 강조하는 것이 중요하다. 이상적인 시나리오에서는 스위치가 명확한 on-off 상태를 나타내지만 현실에서는 상황이 복잡하다. 스위치에서 이러한 상태 간에 공중 정지 또는 바운스를 발생하여 신호가 왜곡될 수 있다. 스위치 바운스라고 하는 이 바운싱 현상을 추가 펄스로 잘못 해석하여 시스템에 부정확성을 초래할 수 있다.

스위치 바운스를 완화하기 위해 디바운스 회로망이 작동한다(그림 5). 이 회로망은 출력을 ‘방형화’하여 신호가 바운스 또는 공중 정지 효과의 간섭 없이 의도한 on/off 상태를 정확히 표현하도록 설계되었다. 신호 무결성에 대한 이러한 관심은 기계식 인코더의 맥락에서 안정적이고 정밀한 성능을 위해 매우 중요하다.

이에 반해 광학 인코더는 광원, 광 검출기, 코드 휠의 세 기본 부품으로 구성된다. 이러한 부품의 작동 방식은 다음과 같다.

① 광원: 이 부품은 빛을 발산한다.

② 광 검출기: 광원의 반대 방향에 배치되는 이 검출기는 발산된 빛을 감지한다.

③ 코드 휠: 광원과 광 검출기 사이에 배치되는 코드 휠에는 균일한 간격의 슬릿이 있다. 이 슬릿은 교대로 빛을 통과시키거나 차단한다.

작동 주기에서는 코드 휠의 슬릿을 통해 광원을 비춘다. 검출기는 슬릿이 빛을 통과시키는지 차단하는지 여부에 따라 빛의 강도 변화를 등록한다. 내부 회로망은 빛의 감지 또는 차단에 따라 출력을 활성화하거나 비활성화하여 반응한다. 광 검출기에서는 이 메커니즘에 따라 위치 정보를 전기 신호를 효과적으로 전환할 수 있다.

이 비교를 요약하면 기계식 인코더는 비용 효율적이고 광범위한 전압 범위로 다양한 용도로 사용할 수 있지만 안정적인 신호를 위해 디바운드 회로망이 필요하고 수명 주기가 더 짧은 반면에, 광 검출기는 일반적으로 더 비싸지만 수명 주기가 더 길고 디바운스 회로망 없이 더 선명한 출력 신호를 제공한다. 정밀한 응용 분야에서 광학 인코더는 더 높은 분해능을 제공할 수도 있다.

결론

패널 실장 인코더는 다양한 산업의 다양한 사용자 인터페이스 응용 분야에서 계속 사용될 것이다. 최적의 장치를 선택하려면 사용 가능한 인코더 기술, 필수 사양, 설계 고려 사항을 종합적으로 파악해야 한다. CUI Devices는 기계식 및 광학 패널 실장 인코더 어레이를 모두 제공하여 거의 모든 설계 요구 사항을 충족한다. 패널 실장 인코더 이외에 CUI Devices의 정전 용량 기반 AMT 회전식 인코더는 다른 인코더 기술에는 없는 정확성과 내구성을 제공한다. 

leekh@seminet.co.kr
(끝)
<저작권자(c) 반도체네트워크, 무단 전재-재배포 금지>