AD2S90：低成本12位旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子工程領(lǐng)域，旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器是實現(xiàn)電機(jī)控制、運動傳感等應(yīng)用的關(guān)鍵組件。今天，我們就來深入探討一下ADI公司推出的AD2S90——一款低成本、高性能的12位旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

文件下載：AD2S90APZ.pdf

一、AD2S90概述

AD2S90是一款完整的12位分辨率跟蹤旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器，無需外部組件即可工作。它具有以下顯著特點：

1. 功能集成：集旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換功能于一體，提供完整解決方案。
2. 多種輸出形式：具備絕對串行二進(jìn)制和增量A quad B兩種角度位置輸出形式，還能提供模擬速度輸出信號。
3. 寬輸入范圍：可接受3kHz - 20kHz、2V rms ± 10%的輸入信號。
4. 低功耗：典型功耗僅50mW，適合對功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場景。
5. 工業(yè)級溫度范圍：工作溫度范圍為-40°C至+85°C，能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。

二、技術(shù)參數(shù)剖析

信號輸入

• 電壓幅度：1.8 - 2.2V rms，適用于多種正弦波形差分輸入。
• 頻率范圍：3 - 20kHz，滿足不同應(yīng)用的頻率需求。
• 輸入偏置電流：100nA（VIN = 2 ± 10% V rms），輸入阻抗為1.0MΩ，確保信號準(zhǔn)確傳輸。

參考輸入

• 電壓幅度：1.8 - 2.0V rms，頻率為3 - 20kHz。
• 允許的相移：相對于SIN、COS輸入為±10°，保證信號同步性。

轉(zhuǎn)換器動態(tài)特性

• 帶寬：700 - 1000Hz，內(nèi)部設(shè)定，確保穩(wěn)定的信號處理。
• 最大跟蹤速率：500rps，能快速跟蹤輸入信號變化。
• 最大VCO速率（CLKOUT）：2.048MHz，提供高速時鐘信號。

精度指標(biāo)

• 角度精度：±10.6 + 1 LSB，重復(fù)精度為1弧分，保證測量精度。

速度輸出

• 縮放比例：120 - 180rps/V dc，輸出電壓在±2.78 - ±4.17V dc之間，負(fù)載驅(qū)動能力為±250μA。

三、工作原理與連接方式

工作原理

AD2S90采用Type 2跟蹤閉環(huán)原理，通過相敏檢測器、積分器和壓控振蕩器（VCO）形成閉環(huán)系統(tǒng)，不斷跟蹤旋轉(zhuǎn)變壓器的位置，將輸入的SIN和COS信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字角度表示。

連接方式

連接時需注意電源極性，正電源VDD（+5V dc ± 5%）連接到引腳13和14，負(fù)電源VSS（-5V dc ± 5%）連接到引腳12。旋轉(zhuǎn)變壓器的SIN和COS輸出分別連接到轉(zhuǎn)換器的SIN和COS引腳，SIN LO和COS LO連接到AGND。同時，建議使用屏蔽雙絞線傳輸模擬信號，屏蔽層連接到轉(zhuǎn)換器的AGND引腳。

四、輸出形式詳解

絕對位置輸出（串行接口）

通過DATA、CS和SCLK三線接口提取絕對角度位置的串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)。當(dāng)CS為高電平時，DATA輸出處于高阻態(tài)；當(dāng)CS為低電平時，DATA輸出使能，通過SCLK時鐘信號將12位數(shù)據(jù)逐位讀出，最大數(shù)據(jù)速率為2MHz。

增量編碼器輸出

AD2S90模擬1024線編碼器，輸出A、B和NM信號。B信號在角度增加（順時針方向）時領(lǐng)先A信號，DIR輸出指示旋轉(zhuǎn)方向。NM信號為北標(biāo)記脈沖，可通過NMC引腳選擇三種標(biāo)準(zhǔn)寬度（90°、180°和360°）。與傳統(tǒng)增量編碼器相比，AD2S90的編碼器輸出不受周期誤差、偏心誤差等影響，最大速度可達(dá)30000rpm。

速度輸出

模擬速度輸出VEL按150rps/V dc ± 15%進(jìn)行縮放，正電壓表示角度增加，可驅(qū)動最大10kΩ和30pF的負(fù)載。

五、應(yīng)用場景與優(yōu)勢

應(yīng)用場景

AD2S90廣泛應(yīng)用于工業(yè)電機(jī)控制、伺服電機(jī)控制、工業(yè)測量、編碼器模擬、汽車運動傳感與控制、工廠自動化和限位開關(guān)等領(lǐng)域。

優(yōu)勢體現(xiàn)

• 替代光學(xué)編碼器：其A、B輸出可直接替代光學(xué)編碼器，無需更改或升級現(xiàn)有應(yīng)用程序軟件。
• 絕對位置數(shù)據(jù)提供：在運動控制系統(tǒng)中，可提供絕對位置串行數(shù)據(jù)流，避免因電源故障導(dǎo)致的復(fù)位問題，提高系統(tǒng)可靠性。
• 與DSP接口適配：AD2S90的串行輸出非常適合與DSP配置的微處理器接口，如ADSP - 2105、TMS32020、DSP56000和NEC7720等，方便實現(xiàn)數(shù)字位置控制系統(tǒng)。

六、誤差分析與電路動態(tài)

誤差來源

主要誤差為加速度誤差，可通過加速度常數(shù)Ka來定義。AD2S90的Ka固定為3.0 × 10? sec?2，可根據(jù)輸入加速度預(yù)測輸出位置誤差。

電路動態(tài)

AD2S90作為Type 2跟蹤伺服環(huán)路，其系統(tǒng)響應(yīng)類似于單位增益二階低通濾波器。通過開環(huán)和閉環(huán)傳遞函數(shù)可分析其頻率響應(yīng)特性，包括增益和相位圖。

七、總結(jié)

AD2S90以其低成本、高性能、多功能等優(yōu)勢，成為旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的理想選擇。無論是在工業(yè)控制還是汽車電子等領(lǐng)域，AD2S90都能為工程師提供可靠的解決方案。在實際應(yīng)用中，工程師們需根據(jù)具體需求合理選擇和配置AD2S90，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。你在使用類似轉(zhuǎn)換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。