低功耗12位旋轉變壓器數(shù)字轉換器AD2S90：特性、應用與設計要點

在工業(yè)控制、伺服系統(tǒng)等領域，精確的角度測量和位置反饋至關重要。AD2S90作為一款低功耗、高集成度的12位旋轉變壓器數(shù)字轉換器，為工程師們提供了一種可靠的解決方案。本文將詳細介紹AD2S90的特性、應用以及設計要點，幫助電子工程師更好地了解和應用這款產(chǎn)品。

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一、AD2S90概述

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

1. 高集成度：單芯片實現(xiàn)旋轉變壓器信號數(shù)字化，提供完整的旋轉變壓器 - 數(shù)字接口。
2. 雙格式位置數(shù)據(jù)輸出：支持絕對串行二進制和增量式A QUAD B兩種輸出格式，滿足不同應用需求。
3. 高精度：在20引腳PLCC封裝中提供±10.6弧分的角度精度。
4. 低功耗：典型功耗僅50mW，適合對功耗要求較高的應用。
5. 寬溫度范圍：工業(yè)溫度范圍（-40°C至+85°C），保證在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。

二、關鍵特性與規(guī)格

（一）輸入特性

AD2S90的SIN、COS和REF輸入接受2V rms ± 10%的輸入信號，頻率范圍為3kHz - 20kHz。輸入偏置電流為100nA，輸入阻抗為1.0MΩ，共模抑制比（CMRR）在10kHz時為60dB。

（二）轉換器動態(tài)特性

• 帶寬：內(nèi)部設置為1kHz，確保對輸入信號的快速跟蹤。
• 最大跟蹤速率：高達500rps，滿足高速旋轉系統(tǒng)的需求。
• 最大VCO速率（CLKOUT）：2.048MHz，提供高分辨率的時鐘信號。
• 建立時間：1°階躍為2ms，179°階躍為20ms，響應迅速。

（三）精度特性

• 角度精度：±10.6弧分 + 1 LSB，保證角度測量的準確性。
• 重復性：1弧分LSB，確保測量結果的一致性。

（四）速度輸出特性

模擬速度輸出VEL按150rps/V dc ± 15%進行縮放，可驅動最大10kΩ和30pF的負載組合，正電壓表示角度增加。

三、工作原理

AD2S90基于Type 2跟蹤閉環(huán)原理工作。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)，不斷跟蹤旋轉變壓器的位置，將輸入的SIN和COS信息轉換為數(shù)字角度表示。當系統(tǒng)達到平衡時，上下計數(shù)器的字狀態(tài)φ等于旋轉變壓器軸角θ，誤差在轉換器的額定精度范圍內(nèi)。

四、輸出格式

（一）絕對位置輸出 - 串行接口

絕對角度位置通過三線接口（DATA、CS和SCLK）以串行二進制數(shù)據(jù)形式輸出。當CS為高電平時，DATA輸出處于高阻態(tài)；當CS為低電平時，DATA輸出使能，當前角度信息從計數(shù)器傳輸?shù)酱薪涌?。通過向SCLK引腳施加外部時鐘，以2MHz的最大數(shù)據(jù)速率讀取數(shù)據(jù)，12個時鐘沿可提取完整的12位數(shù)據(jù)。

（二）增量式編碼器輸出

AD2S90模擬1024線編碼器，輸出A、B和NM信號。A、B信號用于表示角度旋轉方向，B領先A表示角度增加（順時針方向）；DIR輸出指示旋轉方向，高電平表示角度增加。NM信號為北標記脈沖，在絕對角度位置通過零時生成，支持90°、180°和360°三種標準寬度，可通過NMC引腳控制。

五、應用領域

（一）工業(yè)電機控制

在工業(yè)電機控制中，AD2S90可精確測量電機軸的角度位置和速度，為電機的閉環(huán)控制提供準確的反饋信息，實現(xiàn)精確的速度和位置控制。

（二）伺服電機控制

伺服系統(tǒng)對位置和速度的精度要求極高，AD2S90的高精度和快速響應特性使其成為伺服電機控制的理想選擇，能夠有效提高伺服系統(tǒng)的性能。

（三）工業(yè)測量

在工業(yè)測量領域，AD2S90可用于精確測量旋轉物體的角度和位置，如機床、機器人等設備的運動控制。

（四）汽車運動傳感與控制

在汽車領域，AD2S90可用于測量汽車發(fā)動機、變速器等部件的旋轉角度和速度，為汽車的電子控制系統(tǒng)提供準確的信息。

六、設計要點

（一）電源連接

AD2S90使用±5V dc ± 5%的電源，正電源VDD連接到引腳13和14，負電源VSS連接到引腳12。電源極性不能接反，否則會損壞器件。

（二）信號連接

旋轉變壓器的SIN和COS輸出分別連接到AD2S90的SIN和COS引腳，SIN LO和COS LO連接到AD2S90的SINLO和COSLO引腳。REF輸入通常來自旋轉變壓器的初級激勵，相位偏移相對于SIN和COS輸入最大為±10°。所有模擬輸入建議使用單獨的屏蔽雙絞線，屏蔽層連接到轉換器的AGND引腳。

（三）北標記寬度選擇

通過NMC引腳（引腳15）控制北標記脈沖寬度，施加VDD、0V或VSS可選擇90°、180°和360°三種標準寬度。若未連接，NM脈沖默認寬度為90°。

（四）ESD防護

AD2S90具有輸入保護電路，但仍需采取適當?shù)腅SD防護措施，以避免功能損壞或性能下降。具體的ESD防護措施可參考Analog Devices的ESD預防手冊。

七、與DSP的接口設計

AD2S90的串行輸出非常適合與DSP配置的微處理器接口。不同的DSP芯片與AD2S90的接口方式有所不同，例如：

（一）ADSP - 2105接口

使用ADSP - 2105的片上串行端口，選擇交替幀接收模式，內(nèi)部幀（內(nèi)部反轉）和內(nèi)部串行時鐘生成（外部反轉）選項。ADSP - 2105提供CS和串行時鐘，時鐘反轉以防止時序錯誤。

（二）TMS32020接口

接口配置為交替內(nèi)部幀、外部時鐘（外部反轉）模式。16位數(shù)據(jù)從AD2S90時鐘輸入到TMS32020的數(shù)據(jù)接收寄存器，處理器需要執(zhí)行三次右移以獲取12位有效數(shù)據(jù)。

（三）DSP56000接口

DSP56000配置為正常模式同步操作，帶門控時鐘，SCLK和SC1作為輸出。SC1應用于CS，SCLK反轉以確保有效數(shù)據(jù)在一個前導位后時鐘輸入。

（四）NEC7720接口

NEC7720期望數(shù)據(jù)在其SCLK輸出的上升沿，無需反相器。SIEN用于選擇AD2S90并幀化數(shù)據(jù)，處理器需要執(zhí)行四次右移以獲取12位有效數(shù)據(jù)。

八、總結

AD2S90作為一款高性能的旋轉變壓器數(shù)字轉換器，具有高集成度、高精度、低功耗等優(yōu)點，適用于多種工業(yè)和汽車應用。在設計過程中，工程師需要注意電源連接、信號連接、ESD防護等要點，并根據(jù)具體的應用需求選擇合適的接口方式。通過合理的設計和應用，AD2S90能夠為系統(tǒng)提供準確的角度測量和位置反饋，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。你在使用AD2S90的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。