本方案是基于 GreenPAK 的非接觸式旋轉編碼器設計。

該項目描述了如何使用 GreenPAK IC 設計高可靠性旋轉開關或編碼器。這種開關設計是非接觸式的，因此忽略了觸點氧化和磨損。它非常適合在存在長期潮濕、灰塵、極端溫度等的室外使用。

該GreenPAK SLG46537 ：該IC提供了所有為這個設計的電路功能。它生成一個信號 (EVAL) 以改善信噪比，從旋轉開關的每個扇區焊盤接收輸入，并使用異步狀態機 (ASM) 解釋每個扇區焊盤以保證只有一個開關選擇。

下面我們描述了了解如何對解決方案進行編程以設計非接觸式旋轉編碼器所需的步驟。

設計理念
此設計按時序工作。它生成時鐘 (EVAL) 信號，通過外部 100 kohm 電阻器緩慢上拉每個扇區焊盤（圖 1）。EVAL 信號與中央“抽頭”電容耦合，該抽頭驅動所選扇區焊盤的上升沿比所有其他信號都快（圖 1 中的快）。GreenPAK 異步狀態機 (ASM) 然后評估哪個上升沿首先到達并鎖存結果。電容耦合設計的優點是可靠性。無論編碼器是內置電容然后磨損到直接連接，還是內置直接連接然后退化（氧化）為電容，它仍然可以工作。

圖 1 中的頂層原理圖顯示了連接到外部 LED 以進行演示的輸出。

圖 2 是示波器捕獲，顯示了選擇器滑動器與其對齊的扇區焊盤的上升時間與其他未選擇焊盤的上升時間的差異。delta T 為 248 nS，對于 GreenPAK 異步狀態機 (ASM) 解決來說，這綽綽有余。ASM 可以在一納秒內解決，其內部仲裁電路保證只有一種狀態有效。因此，任何時候只有一個輸出會注冊。

GreenPAK 設計實施
編程到 GreenPAK IC 中的原理圖如圖 3 所示。

為了節省功耗，EVAL 信號以適合應用響應時間的速率生成。使用低頻振蕩器并與 CNT2 進一步分頻。在這個例子中，它大約是 16 Hz。請參見圖 4 中的配置設置。

ASM 狀態圖（圖 5）中顯示了可能的狀態轉換的圖示。

一個稍微延遲的 EVAL 副本用作每個周期的 ASM 復位。這確保我們總是從 STATE0 開始。在 ASM 復位條件之后，每個焊盤上的 ASM 都會監控 EVAL 信號。只有最早的上升沿才會導致狀態從 STATE0 跳出。來自其他焊盤的任何后續上升沿都將被忽略，因為只有一種狀態轉換是可能的。這也是因為我們配置 ASM 的方式如圖 6 所示。 6 個 ASM 輸出狀態中的每一個都只對應一個扇區焊盤。

DFF 鎖存器保持 ASM 結果穩定，因此在 ASM 復位期間沒有最終輸出的切換。驅動開漏 NMOS 輸出引腳所需的極性要求我們將 DFF 配置為反相輸出。

檢測結果
下面的照片顯示了一個粗略的原型，完全可操作。它也是低功耗的，GreenPAK 的測量電流僅為 5 uA。

焊盤和擦拭器的布局最大化以獲得最強信號。發現該原型不受強射頻干擾的影響，例如大型熒光燈泡和 5 W 145 MHz 無線電。這可能是因為所有焊盤都受到共模干擾。

可以布置墊片和擦拭器尺寸，因此在任何位置都不會同時有 2 個墊片與擦拭器重疊。這可能不是真的，因為 ASM 仲裁電路將只允許其中一種狀態有效，即使在 2 個同時上升沿的情況下也是如此。這是該設計穩健的另一個原因。具有到焊盤的互連跡線非常窄且彼此等長的電路板布局實現了良好的靈敏度，因此每個扇區焊盤的總電容與其他焊盤相匹配。最終產品可能包括用于雨刷器的機械棘爪，因此當它在每個位置居中時“咔噠”一聲，并提供良好的觸感。

結論
GreenPAK IC 為這種高可靠性旋轉開關提供了低功耗、穩健且完整的解決方案。它非常適合需要穩定、長期運行的戶外定時器和控制等應用。