DAC如何幫助雷射打標系統提高精度

2020-11-30 EDN電子設計技術

即使銷售了成百上千甚至上百萬個產品，許多公司也會在他們售出的每一個產品上單獨刻印自己的商標。商標的打標和商標的蝕刻是由雷射打標機來完成的，這個過程需要非常高的精度。隨著技術的進步，為了進行更精細的打標，這些系統的設計者面臨著使雷射打標機更加精確的壓力。fKRednc

使用高強度、低功率雷射的雷射打標機（圖1）能在手機、手工工具、印刷電路板（PCB）等任何東西上蝕刻出非常精確的設計。為了達到所需的輸出，需要藉助一個精確的數模轉換器（DAC）非常小心地引導雷射器。fKRednc

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圖1：雷射切割機fKRednc

那麼DAC是如何控制雷射的呢？DAC負責提供非常精確的輸出電壓，該電壓將被用作電機的模擬輸入。DAC的每個特定模擬輸入代碼都與特定的電機位置有關。此電機負責移動鏡子，該鏡子可在x、y或z平面上重新放置，以引導和反射雷射，並將其確定在終端設備上，以改變終端設備的材料表面並蝕刻商標、文本或條形碼。參見圖2。fKRednc

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圖2：TI的DAC11001A為模擬電機控制環路提供輸出fKRednc

隨著需要蝕刻的產品越來越小（如PCB和一些消費品），雷射打標系統的精度必須提高。TI的DAC11001A和DAC91001分別具有20位和18位解析度。解析度作為一項重要參數，會轉換為DAC輸出可用的電壓階躍數量。例如，18位解析度有262,144個唯一代碼（見圖3），允許從多個電機位置控制雷射。20位的DAC具有1,048,576個唯一代碼，提供了更細的粒度和更高的精度。fKRednc

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表1：DAC解析度轉換為代碼數的計算(16到20位)fKRednc

利用20位 DAC性能的雷射打標系統還有哪些優勢？如果電機的全轉等於1弧度，你需要什麼樣的步長？相較於約1弧度的滿量程範圍，現有系統的解析度為10微弧度。在理想情況下，這等同於18位的解析度，但由於存在系統級的非線性，許多設計人員希望達到20位的解析度。此時，DAC11001A可以通過提供將近四倍數量的輸出代碼，並通過擴展對電機進行更精細的控制。fKRednc

另一個需要考慮的問題是電機振動。雷射打標系統中的任何故障都會對最終蝕刻產生不利影響。由於控制環路具有多級傳遞函數，此類系統對電機殘餘振動非常敏感。從選擇低振動電機到使用複雜控制系統邏輯，設計人員使用各種複雜的技術以優化性能。造成電機振動的一個關鍵因素是DAC由於輸入代碼到代碼變化而產生的尖峰脈衝。DAC11001A和DAC91001具有非常低的1nV-s代碼到代碼、與代碼無關的尖峰脈衝輸出。這是通過集成跟蹤保持電路實現的，該電路將DAC的輸出與內部梯形電阻網絡固有的代碼變化引起的尖峰脈衝隔離。fKRednc

正如我們所見，雷射打標機必須處理許多變量以獲得更高精度。DAC在解決這一問題中起著關鍵的作用，可以使設計人員的工作更加容易。具有更高的解析度的創新解決方案可以提高精度、獲得更好的防錯性，這在雷射打標系統設計中非常重要。fKRednc

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