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

在電子工程師的設(shè)計領(lǐng)域中，旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器是實現(xiàn)精確角度測量和位置反饋的關(guān)鍵組件。今天，我們來深入探討一款極具性價比的產(chǎn)品——AD2S90，它為工業(yè)、汽車等多個領(lǐng)域的應(yīng)用提供了出色的解決方案。

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1. AD2S90產(chǎn)品特性概述

1.1 集成度高

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。這大大簡化了設(shè)計過程，降低了成本和電路板空間需求。

1.2 多輸出格式

它提供兩種形式的角位置輸出信息：絕對串行二進制和增量A Quad B。絕對串行二進制輸出為12位，可通過簡單的三線接口訪問；增量編碼器仿真輸出A、B和NM，相當于1024線編碼器，并且可以通過單引腳（NMC）選擇三種常見的北標記脈沖寬度。

1.3 高精度與低功耗

在20引腳PLCC封裝中，具有±10.6弧分的角度精度，同時功耗低至50 mW，非常適合對功耗敏感的應(yīng)用。

1.4 寬工作范圍

支持3 kHz - 20 kHz的輸入信號頻率，工業(yè)溫度范圍為 -40°C 至 +85°C，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

2. 技術(shù)細節(jié)剖析

2.1 輸入信號要求

轉(zhuǎn)換器在SIN、COS和REF輸入上接受2 V rms ± 10%的輸入信號，頻率范圍為3 kHz - 20 kHz。輸入偏置電流為100 nA，輸入阻抗為1.0 MΩ，共模電壓峰值為100 mV，共模抑制比（CMRR）在10 kHz時為60 dB。

2.2 轉(zhuǎn)換器動態(tài)特性

帶寬內(nèi)部設(shè)定為1 kHz，最大跟蹤速率為500 rps，最大VCO速率（CLKOUT）為2.048 MHz。對于1°和179°的階躍輸入，穩(wěn)定時間分別為2 ms和20 ms。

2.3 精度指標

角度精度為±10.6 + 1 LSB（1 LSB = 5.3弧分），重復性為1弧分。

2.4 速度輸出

模擬速度輸出信號可表示旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)變壓器軸的速度，正電壓表示角度增加，滿量程為375 rps，縮放比例為120 - 180 rps/V dc。

3. 工作原理

AD2S90基于Type 2跟蹤閉環(huán)原理工作。通過誤差放大器、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，使計數(shù)器的字狀態(tài)φ等于旋轉(zhuǎn)變壓器軸角度θ。

4. 應(yīng)用場景

4.1 工業(yè)電機控制

在工業(yè)電機控制中，AD2S90可以精確測量電機的位置和速度，實現(xiàn)閉環(huán)控制，提高電機的運行效率和穩(wěn)定性。

4.2 伺服電機控制

為伺服電機提供準確的位置反饋，確保電機能夠按照設(shè)定的軌跡運行，滿足高精度控制的需求。

4.3 汽車運動傳感與控制

在汽車領(lǐng)域，用于測量車輪的旋轉(zhuǎn)角度和速度，實現(xiàn)車輛的穩(wěn)定控制和安全性能提升。

4.4 工廠自動化

在工廠自動化系統(tǒng)中，AD2S90可用于各種機械設(shè)備的位置和速度檢測，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和過程控制。

5. 接口與連接

5.1 電源連接

正電源 (V{DD}=+5 ~V dc pm 5 %) 連接到引腳13和14，負電源 (V{SS}=-5 ~V) ± 5% 連接到引腳12。電源極性接反會損壞器件。

5.2 信號連接

旋轉(zhuǎn)變壓器的S3（SIN）和S2（COS）輸出分別連接到轉(zhuǎn)換器的SIN和COS引腳，S1（SIN）和S4（COS）連接到SINLO和COSLO引腳。模擬信號輸入建議使用單獨的屏蔽雙絞線，屏蔽層連接到轉(zhuǎn)換器的AGND引腳。

5.3 北標記寬度選擇

通過引腳15（NMC）控制北標記寬度，施加 (V{DD})、0 V 或 (V{ss}) 可選擇標準的90°、180°和360°脈沖寬度。

6. 輸出格式詳解

6.1 絕對位置輸出

通過三線接口（DATA、(overline{CS}) 和 SCLK）提取絕對角度位置的串行二進制數(shù)據(jù)。當 (overline{CS}) 為高電平時，DATA輸出處于高阻抗狀態(tài)；當 (overline{CS}) 變?yōu)榈碗娖綍r，DATA輸出使能，數(shù)據(jù)通過SCLK時鐘輸出，最大數(shù)據(jù)速率為2 MHz。

6.2 增量編碼器輸出

AD2S90模擬1024線編碼器，A、B脈沖表示角度變化，B領(lǐng)先A表示角度增加（順時針方向）。DIR輸出指示旋轉(zhuǎn)方向，高電平表示角度增加。北標記脈沖在絕對角度位置通過零位時產(chǎn)生，寬度可通過NMC引腳選擇。

6.3 速度輸出

模擬速度輸出VEL與角度增加方向?qū)?yīng)正電壓，可驅(qū)動最大負載組合為10 kΩ和30 pF，內(nèi)部速度縮放固定。

7. 與DSP的接口

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。不同的DSP需要進行不同的接口配置，但都能實現(xiàn)與AD2S90的有效通信，讀取角度數(shù)據(jù)。

8. 4×解碼邏輯

在大多數(shù)數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)中，需要將AD2S90的A、B增量輸出解碼為絕對信息。通過4×解碼架構(gòu)，可以實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換，并且AD2S90提供的DIR輸出消除了傳統(tǒng)的方向解碼需求。

9. 遠程多傳感器接口

AD2S90的DATA輸出在 (overline{CS}) 為高電平時處于高阻抗狀態(tài)，這使得多個轉(zhuǎn)換器可以連接在同一線路上。通過地址線解碼實現(xiàn)對單個轉(zhuǎn)換器的選擇，適用于遠程多傳感器接口應(yīng)用。

10. 總結(jié)與思考

AD2S90以其低成本、高集成度、高精度和低功耗等優(yōu)點，成為電子工程師在旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)計中的理想選擇。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和系統(tǒng)要求，合理選擇輸入信號、配置輸出格式，并注意接口和連接的正確性。同時，對于不同的DSP接口，需要深入理解其工作原理和配置方法，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。各位工程師在使用AD2S90時，是否遇到過什么挑戰(zhàn)呢？如何更好地發(fā)揮它的性能，是我們需要不斷探索的問題。