用於感應同步器的數字變換晶片AD2S90

2020-12-05 電子產品世界

摘要：AD2S90是AD公司生產的能以鑑相的方式對感應同步器信號進行數位化處理的專用晶片。它具有成本低、功耗小、功能多、所需外圍元件少等優點，文中介紹了AD2S90數字變換晶片的引腳功能、工作原理及輸出信號模式。同時給出了一個由AD2S90組成的單片機數顯表的實現方案。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/255614.htm

關鍵詞：鑑相 數字轉換 集成電路 AD2S90

在國內外位置檢測領域中，感應同步器由於其具有精度高、行程大、性能可靠等優點而得到廣泛的應用。但對感應同步器的信號進行數位化變換是數顯數控的一個關鍵環節。AD2S90是對感應同步器的輸出信號進行數字變換的專用集成電路晶片。以AD2S90晶片為核心的感應同步器數字轉換電路是有體積小、結構簡單、可靠性高、易於調試和可輸出多種信號模式等優點，可在工具機的數位化改造中取得很好的應用效果。而目前國內的轉換電路多採用分立元件和非專用晶片，但這些晶片體積龐大、結構複雜、調試困難、可靠性差，而且信號的輸出格式很難與現有的數顯控裝置配接。

AD2S90具有低成本、低能耗、多功能等優點，工作時所需的外圍元件甚少。該晶片採用差動輸入，能以鑑相的方式完成對感應同步器輸出信號的數字轉換，同時可以以串行數據和仿增量編碼器數據等兩種輸出模式使用戶配接不同的數量數控。AD2S90的引腳排列如圖1所示。

1 AD2S90的工作原理

該晶片一般應用於感應步器位置檢測信號的數位化變換。現以感應同步器的滑尺（或轉子，下同）輸出信號作為AD2S90的輸入信號來說明它的工作原理。感應同步器與AD2S90的連接如圖2所示。

 應用時，由正弦波發生器和功率放大電路產生的一個大約10kHz的正弦波信號來作為感同步器定尺的激磁信號。隨著滑尺的運動，滑尺上兩個獨立繞組感應輸出的兩個正弦波信號將被滑尺位置對應的機械角度θ所調相和調幅。這兩個信號和正弦波發生器的參考正弦信號一起被送入AD2S90晶片的SIN、CON和REF端品。然後由AD2S90晶片以鑑相的方式將代表滑尺集團的角度θ轉換成數位訊號，此信號由串行數字輸出埠或增量編碼器埠輸出。同時晶片還可提供滑尺位移的速度信號和位移的方向信號，並分別由VEL、CLKOUT和DIR埠輸出。

 AD2S90晶片SIN、COS端的輸入信號要求是頻率為3～10kHz、振幅為2Vrms±10%的正弦信號，SCLK、CS輸入端的最高和最低電位要求為3.5V和1.5V。

2 輸出信號模式

AD2S90晶片具有多種模式的輸出信號，用戶可以根據本文敘述的各種輸出模式和具體參數、波形以及使用要求與相應的電路或裝置進行配接，以實現不同的功能。

2.1 串行數字輸出方式

AD2S90晶片的串行數字讀數周期如圖3所示。當片選信號CS由高電平變為低電平時，位置數據將開始其串行輸出周期。而從SCLK第二個脈衝的下降沿開始，數據線DATA便開始首先輸出最高位。這樣，在SCLK的連續12個脈衝的下降沿即可從DATA串行輸出埠得到12位完整的位置數據。

將ADS90的串行數字輸出口接到計算機的串行口可實現數據的串行傳輸，然後配以相應的顯示裝置或數控裝置便可構成相應的數顯或數控系統。

2.2 增置編碼器輸出方式

圖4為AD2S90晶片的仿增量編碼器輸出信號波形圖。其中NM信號有三種脈衝寬度可以選擇，並由AD2S90的NMC輸入信號加以控制。當NMC信號分別為+VDD、0、-Vss時，NM的脈衝寬度分別為90°、180°、360。

圖5為AD2S90仿真量編碼器輸出信號的周期圖。它仿真了一個1024脈衝的增量編碼器，即在CLKOUT信號為高是電平的一個輸出周期內，晶片輸出1024個A、B脈衝，該脈衝數值同時也代表了數字變換的解析度。當感應同步器的位移增加時，A信號超前於B信號。

增量編碼器的輸出信號為工業標準信號，該信號很容易和現有的數顯、數控裝置進行配接。

2.3 速度脈衝、位移方向和速度電壓輸出

在增量編碼器信號輸出的周期內，還可通過AD2S90的CLKOUTH和VEL埠來輸出描述滑尺位移速度的脈衝信號和直流電壓信號。以在DIR輸出端得到構成A和B方向的編碼邏輯輸出。當感應同步器的滑尺位移增加時，DIR端為高電平。CLKOUT和DIR信號的輸出周期如圖5所示。通過這些信號，可以很方便地實現滑尺速度、方向的顯示和控制。

3 AD2S90的應用

使用AD2S90實現的微機數顯表的系統框圖如圖6所示。該數顯表採用單片機作為位置數據的處理裝置，可以通過編程來將數顯表的位置顯示方案及要求數顯表應具備的功能編程送入微機。AD2S90能起到將感應同步器的信號進行數字變換的作用。使用時首先將位置信號經感應同步器檢測後得到的位置信號被送入AD2S90晶片，並在變換成數字信息後通過串口送入微機，再由微機驅動顯示裝置將位置信息顯示出來。由於AD2S90具有多種信號輸出模式，因此圖6所示的微機數顯系統可以測量和顯示多種物理量。當感應同步器為直線式時，可進行直線位置、運動方向、運動速度的測量和顯示；當感應同步器為旋轉式時，可以測量顯示旋轉角度、旋轉角速度、轉速和旋轉方向等。這些測量可通過改變單片機的輸入信號和改變單片機的控制程序來實現。

從以上的敘述可以看出，AD2S90是一款性能優良的專用數字轉換晶片。它必將在數顯、數控領域以及工具機的數位化改造中得到更廣泛的應用。
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