AD2S90：低成本12位旋轉變壓器數字轉換器的卓越之選

在電子工程領域，旋轉變壓器數字轉換器是實現電機控制、運動傳感等應用的關鍵組件。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位旋轉變壓器數字轉換器。

文件下載：AD2S90APZ.pdf

一、AD2S90概述

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

1. 功能集成：集旋轉變壓器數字轉換功能于一體，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，適合對功耗有嚴格要求的應用場景。
5. 工業級溫度范圍：工作溫度范圍為-40°C至+85°C，能適應惡劣的工業環境。

二、技術參數剖析

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。

轉換器動態特性

• 帶寬：700 - 1000Hz，內部設定，確保穩定的信號處理。
• 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

• 角度精度：±10.6 + 1 LSB，重復精度為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，負載驅動能力為±250μA。

三、工作原理與連接方式

工作原理

AD2S90采用Type 2跟蹤閉環原理，通過相敏檢測器、積分器和壓控振蕩器（VCO）形成閉環系統，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，負電源VSS（-5V dc ± 5%）連接到引腳12。旋轉變壓器的SIN和COS輸出分別連接到轉換器的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制數據。當CS為高電平時，DATA輸出處于高阻態；當CS為低電平時，DATA輸出使能，通過SCLK時鐘信號將12位數據逐位讀出，最大數據速率為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）時領先A信號，DIR輸出指示旋轉方向。NM信號為北標記脈沖，可通過NMC引腳選擇三種標準寬度（90°、180°和360°）。與傳統增量編碼器相比，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30000rpm。

速度輸出

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

五、應用場景與優勢

應用場景

AD2S90廣泛應用于工業電機控制、伺服電機控制、工業測量、編碼器模擬、汽車運動傳感與控制、工廠自動化和限位開關等領域。

優勢體現

• 替代光學編碼器：其A、B輸出可直接替代光學編碼器，無需更改或升級現有應用程序軟件。
• 絕對位置數據提供：在運動控制系統中，可提供絕對位置串行數據流，避免因電源故障導致的復位問題，提高系統可靠性。
• 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，方便實現數字位置控制系統。

六、誤差分析與電路動態

誤差來源

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

電路動態

AD2S90作為Type 2跟蹤伺服環路，其系統響應類似于單位增益二階低通濾波器。通過開環和閉環傳遞函數可分析其頻率響應特性，包括增益和相位圖。

七、總結

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