机器人位置传感器应用更青睐哪种ADC？

不管是工业机器人还是移动机器人，要实现精准的位置控制一定少不了位置传感器。位置传感器的种类很多，用在机器人领域的也不少，各色各异的位置传感器让机器人在定位精度上不断向毫米级靠拢。在所有用于位置传感的器件里，往往都少不了一个核心器件——ADC。
 
作为信号链的核心，ADC的地位随着5G、人工智能、物联网、汽车电子等新兴应用的崛起愈发重要。在机器人革命中，一个柔性的、智能的、高效的机器人当然也离不开这个高性能的核心器件。那么在机器人应用中，或者说在机器人位置传感应用中，ADC又该有怎样的性能？
 
ADI
 
在机器人应用上，集多种功能于一体的高速小尺寸ADC无疑是很受机欢迎。我们先看 AD7380，这是ADI在机器人位置传感上首推的一个型号。作为一款小型的，双通道同步采样16 bit ADC，AD7380适用于各种空间约束的应用，其简化的AFE和数字后端易于集成。
 

（图源：ADI）

 
AD7380属于逐次逼近（SAR）型ADC，除了双通道同步采样，高速和低功耗也是必须具备的性能。高速和低功耗可以说是ADI旗下所有ADC芯片都具备的优势点，毕竟ADI作为稳坐ADC市场头把交椅的厂商肯定是有其独到之处的。
 
AD7380的数据吞吐速率最高可达4MSPS，模拟输入类型为差分，接收宽共模输入电压，在CS下降沿进行采样和转换。从信噪比来看，AD7380的SNR典型值可以到92.5dB（@3.3V），如果采用×16 OSR ，SNR可到101dB。显然，这个级别的SNR数值足够让人放心，不必担心该ADC内混杂在信号里的噪声。同时，AD7380内集成的片内过采样模块能改善动态范围并在更低带宽下降低噪声，还能降低SCLK速度要求。为了防止器件受干扰不能达到16 bit分辨率，AD7380中还增加了分辨率增强功能。另外其中加入的小采样电容，可以降低放大器的驱动负担。
 
AD7380的转换过程和数据采集过程均采用标准控制输入，可与微处理器或数字信号处理器（DSP）轻松接口。在封装上则采用了16引脚LFCSP封装，3mm×3mm的小尺寸可以适应各种对空间有约束的应用。
 
这里不得不提一款AD7380-4型号，是ADI预发布的一款高性能ADC，其性能和AD7380相比稍有不同。
 

（图源：ADI）

 
AD7380-4同样是16 bit ADC系列，但不同于AD7380的是它是四路同步采样，吞吐速率依然4 MSPS。这个系列的SNR为91dB，同样集成了片内过采样模块，改善动态范围并在更低带宽下降低噪声后SNR为98.6dB。不同的是，AD7380-4的过采样模块可以将分辨率提高最多两位。
 
AD7380-4转换过程和数据采集均为标准控制输入，转换结果可以通过四线模式同时输出以获得更快的吞吐量，或者在允许较低的吞吐量时通过单线串行模式输出。性能上比AD7380略有提升，尺寸上因采用了24 引脚 LFCSP所以会稍大一些。
 
在机器人应用上，这种集多种功能于一体的高速小尺寸ADC无疑是很受机器人厂商青睐的，尤其是在编码器设计上。
 
TI
 
在电容式电感式位置传感器、LVDT位置传感器、光学ToF位置传感器以及超声波位置传感器上，TI的 Δ-Σ ADC应用得也相当广泛，其中ADS1220更是这些位置传感器中的常客。
 

（图源：TI）

 
ADS1220作为一款具有PGA、VREF、IDAC和SPI接口的24 bit ADC，其集成性之高已可见一斑。集成2.048V基准电压漂移仅为5ppm/℃；集成振荡器拥有2% 的精准度；集成的温度传感器精度0.5℃。多种特性的集成能够明显降低系统成本，还能减少小型传感器信号测量应用中的组件数量。
 
ADS1220能够以高达2kSPS的采样数据速率进行采集与转换，并且能够在单周期内稳定。针对噪声环境中的工业应用，当采样频率为20SPS时，数字滤波器可同时提供50Hz和60Hz抑制。该器件的功耗极低，在禁用PGA后的占空比模式下仅有120μA。而该PGA能提供最高128V/V的增益，因此对于小型的位置传感器来说，低功耗低噪声的ADS1220无疑是很适配的选择。
 
小结
 
从ADI和TI对于机器人位置传感推出的ADC来看，空间受限光学编码器需要小尺寸高分辨率的ADC来提供高精度信号处理和可靠的通信。而对于大部分机器人位置传感器来说，低功耗和高集成性的ADC系列仍然是最先考虑的选择。