AD2S44：低成本14位雙通道同步/旋轉變壓器數字轉換器解析

在電子工程師的設計工作中，常常會遇到需要將同步/旋轉變壓器信號轉換為數字信號的場景。而AD2S44這款產品，為我們提供了一個優秀的解決方案。今天，我們就來深入了解一下AD2S44這款低成本、高性能的14位雙通道同步/旋轉變壓器數字轉換器。

文件下載：AD2S44-TM11B.pdf

一、AD2S44的特性與應用

特性亮點

AD2S44具有諸多令人矚目的特性。首先，它實現了低每通道成本，采用32引腳DIL混合封裝，能在有限的空間內完成信號轉換任務。其精度高達2.6弧分，擁有14位的分辨率，能夠精確地將模擬信號轉換為數字信號。內置測試功能可以在故障安全系統中提供轉換器是否準確跟蹤的指示。獨立的參考輸入允許每個通道使用不同的參考頻率，增加了設計的靈活性。高跟蹤速率則保證了它能快速響應輸入信號的變化。

廣泛應用

這款轉換器在多個領域都有廣泛的應用。在云臺/陀螺儀控制系統中，它能精確地將傳感器的信號轉換為數字信號，實現對云臺和陀螺儀的精準控制；在機器人領域，可用于機器人關節的角度測量和控制；在發動機控制器中，為發動機的精確控制提供關鍵數據；在坐標轉換、軍事伺服控制系統、火控系統、航空電子系統以及天線監測等方面也發揮著重要作用，同時還適用于CNC機床加工，提高加工精度。

二、產品詳細描述

整體設計

AD2S44是一款14位雙通道、連續跟蹤的同步/旋轉變壓器數字轉換器，專為對空間、重量和成本要求較高的應用而設計。每個32引腳混合器件包含兩個獨立的II型伺服環路跟蹤轉換器，采用比例轉換技術，具有出色的抗噪能力和對長引線長度的耐受性。

核心技術

其轉換核心采用了ADI公司專有的BiMOS II工藝制造的先進單片集成電路，將低功耗CMOS數字邏輯與雙極線性電路的優勢相結合，減少了內部組件數量，確保了高可靠性。

信號處理

每個通道都包含一個高精度差分調理電路，用于信號輸入，共模抑制比超過74dB。支持同步和旋轉變壓器格式的輸入選項，轉換器輸出通過三態透明鎖存器實現，允許在不中斷轉換器操作的情況下讀取數據。通過A/B和OE控制線可以選擇通道并將數字位置數據呈現到公共數據輸出端。

三、規格參數分析

性能參數

在性能方面，AD2S44在不同溫度范圍內都有良好的表現。例如，AD2S44 - UMB2在 - 55°C至 + 125°C溫度范圍內，精度為 - 4.0至 + 4.0弧分；在 - 25°C至 + 85°C范圍內，精度為 - 2.6至 + 2.6弧分。其跟蹤速率為20轉/秒，分辨率為14位（1 LSB = 1.3弧分），輸出編碼為并行自然二進制，重復性為1 LSB。信號/參考頻率范圍為400 - 2600 Hz，帶寬為100 Hz。

輸入輸出參數

信號輸入方面，信號電壓有11.8V或90V rms可選，不同電壓下輸入阻抗也不同。參考輸入的參考電壓有26V或115V rms可選，輸入阻抗在不同電壓下也有相應規定。數字輸入和輸出也有明確的電壓和電流參數要求。

絕對最大額定值

了解絕對最大額定值對于正確使用AD2S44至關重要。例如，+VS到GND的最大電壓為 + 17.25V dc， - VS到GND的最大電壓為 - 17.25V dc，任何邏輯輸入到GND的最大電壓為 + 6.0V dc，最小電壓為 - 0.4V dc等。超出這些額定值可能會對器件造成永久性損壞。

四、工作原理與連接方法

工作原理

AD2S44基于跟蹤原理工作，輸出數字字會持續跟蹤同步/旋轉變壓器軸的位置，無需外部轉換命令和狀態等待循環。當傳感器移動到相當于最低有效位權重的位置時，輸出數字字會更新。每個通道的操作相同，共享電源和輸出引腳，兩個通道可以連續且獨立地工作。

連接方法

在連接轉換器時，需要注意電源電壓的極性，連接到 - Vs和 + Vs的電源電壓應為 ± 15V且不能反轉。建議在每個電源引腳和GND之間并聯一個100nF陶瓷電容和一個6.8μF鉭電容。GND引腳應連接到系統的0V電位。數字輸出從Pin 26到Pin 32以及Pin 1到Pin 7引出，Pin 26為最高有效位，Pin 7為最低有效位。參考連接分別連接到RHI引腳和RLO引腳，同步和旋轉變壓器的信號連接有相應的規定。

五、功能控制與測試

通道選擇

A/B是通道選擇輸入，邏輯1選擇通道A，邏輯0選擇通道B。數據在A/B切換后640ns變得有效。

輸出使能

OE是輸出使能輸入，信號為低電平有效。當設置為邏輯1時，DB1到DB14處于高阻抗狀態；當設置為邏輯0時，DB1到DB14表示轉換器規定精度內的傳感器軸角度。數據在OE切換后640ns變得有效。

內置測試

BIT是內置測試錯誤輸出，為通過A/B選擇的通道提供過速或故障指示信號。每個通道的誤差電壓會被持續監測，當誤差超過當前所選通道的 ± 50位時，BIT輸出變為低電平，表示存在大于約1度的角度誤差，此時數據無效。BIT信號具有內置滯后功能，能避免在誤差閾值附近閃爍。

六、動態性能與可靠性

動態性能

AD2S44的轉換器傳遞函數包括開環和閉環傳遞函數。開環傳遞函數為 (frac{theta{OUT }}{theta{I N}}=frac{K{a}}{s^{2}} × frac{1+s T{1}}{1+s T{2}})，閉環傳遞函數為 (frac{theta{OUT }}{theta{I N}}=frac{1+s T{1}}{1+s T{1}+s^{2} / K{a}+s^{3} T{2} / K{a}})，其中 (K{a}=62000 sec^{-2})，(T{1}=0.0061 sec)，(T_{2}=0.001 sec)。通過增益和相位圖可以更直觀地了解其動態性能。

加速度誤差

采用II型伺服環路的跟蹤轉換器不會出現速度滯后，但會因加速度產生額外誤差。加速度常數 (K{a}) 可用于預測輸入加速度導致的輸出位置誤差。例如，當加速度為50轉/秒2，(K{a}=62000) 時，輸出誤差為13.2 LSB。

可靠性保障

AD2S44的可靠性很高，這得益于大量使用定制芯片電路，減少了有源組件數量。通過特定的高可靠性制造工藝，如預封裝目視檢查、溫度循環、恒定加速度測試、老化測試等，進一步提高了產品的可靠性。

七、訂購信息

訂購指南

AD2S44有多種型號可供選擇，如AD2S44 - TM11B、AD2S44 - TM12B等，不同型號在溫度范圍、封裝等方面可能有所不同。在訂購時，轉換器的部件編號需要后綴一個兩位字母代碼來定義精度等級，以及一個兩位數字代碼來定義信號/參考電壓和頻率。

特殊需求

對于非標準配置，可以聯系ADI公司獲取更多信息。

AD2S44憑借其出色的性能、靈活的設計和高可靠性，為電子工程師在同步/旋轉變壓器數字轉換領域提供了一個優秀的解決方案。在實際設計中，我們需要根據具體的應用需求，合理選擇和使用這款轉換器，以達到最佳的設計效果。大家在使用AD2S44的過程中，有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨特的應用場景呢？歡迎在評論區分享。