RDC旋变数字转换器电机应用

数字转换器听起来和数模转换器很相似，但二者并不相同。许多电机控制系统都要在可变的轴转速下运行，为了提供最准确的位置信息，需要一个具有灵活分辨率的系统。旋变器和自整角机是将转轴角度位置和速度转换为电气信号的传感器。它们传输与轴角的正弦或余弦成正比的信号。旋变数字转换器（RDC）或自整角机数字转换器（SDC）可将这些信号转换为转轴角度或速度相应的数字输出。
 
一般来说，对于旋变数字转换器（RDC），我们需要考虑其锁相范围、角度精度、速度精度、跟踪速率、建立时间，当然更不能漏掉的是分辨率。
 
ADI RDC
 
ADI的R/D转换器在电机控制系统中经常用到，其中以三个型号最为设计人员熟知，一是12Bit的AD2S1200，二是在跟踪速率上有所提升的AD2S1205，三是分辨率可变的AD2S1210。
 

（图源：ADI）

 
AD2S1200是一款12位分辨率的旋变数字转换器，集成片上可编程正弦波振荡器，为旋变器提供正弦波激励。作为一个完整的单芯片R/D转换器，AD2S1200拥有并行和串行12位数据端口，精度可达±11弧分，最大跟踪速率1000rps。采用了最为常见的Type II伺服环路，用于跟踪输入信号，并将正弦和余弦输入端的信息转换为输入角度和速度所对应的数字量。
 
AD2S1205在AD2S1200基础上做了补充，同样采用Type II跟踪环路可用于跟踪输入信号，没有转换延迟，并将Sin和Cos输入端的信息转换为输入角度和速率的所对应的数字量。最大的跟踪速率和外部时钟频率相关，AD2S105的工作频率范围为8.192 MHz±25%，最大跟踪速率为1250 rps。AD2S1205的比例跟踪转换还提供了噪声抑制，可编程的激励频率提供了多种频率设置，3倍格式位置数据通过12位并行端口或3线串行接口可以访问绝对12位角度位置数据。
 
而AD2S1210作为分辨率可变的转换器，提供10到16BIT的分辨率。该转换器具有可编程频率的激励振荡器，可编程阈值水平，非常宽的模拟输入范围，以及指示检测故障等功能。可以说AD2S1210提供了所有与解析器接口所需的高级功能。
 
AD2S1210的最大追踪速率在分辨率为10位，CLKIN 为10.24 MHz时达到，最大3125rps。角度精度则为±2.5弧分。通过16位并行端口或4线串行接口，可以访问10位至16位绝对角位置数据和带符号的数字量速度。AD2S1210在系统上配置了旋变信号丢失检测、位置跟踪丢失检测与信号失配检测。在各类电机应用中，都有这类R/D转换器的广泛应用。
 
瑞萨RDC
 
瑞萨数字信号处理IC将来自无刷直流电机和步进电机的旋转变压器传感器的信号转换为RX MCU的角度信号和位置信号。RAA306400XGFP系列下的R/D转换IC，可将基于旋变机械旋转角的模拟信号即旋变检测信号（电角度信息）从单相励磁两相输出型旋转变压器传感器（角度传感器）转换成数字信号然后输出。
 

 
RAA306400XGFP系列响应极为快速，高速响应扫描能力比其他RDC更强；同时支持电压和电流检测方法，并实现绕组纠错功能；另外瑞萨基于电机MCU的功能，将该系列的电路大大简化，大幅降低了成本。
 
RAA306400XGFP系列的参数相对来说让人觉得单一一些，主要是这个系列是用来适配瑞萨自家电机控制MCU的，所以很多性能都与MCU做了匹配就显得没有那么灵活。旋转变压驱动输入支持5/10/20kHz，16BIT分辨率的转换器部分差分放大电路可变增益选择还是很多的，内部也添加了角度校正功能，整个系列的转换误差在±0.2°左右。
 
这个系列在修正来自解析器的检测信号中的误差上很有一套，不仅可以对由解析器传感器检测到的信号中的残余载波的修正，还能在电机控制上模拟滤波器，以消除解析器的磁噪声和PWM噪声，这是极有特色的一点。在高分辨率的角度信息应用中，电机设计者会更青睐这一种RDC。
 
小结
 
RDC可用来精确测量角位置，可部署在工业电机控制、伺服器、机器人、混合动力和全电动汽车中的动力系统单元以及要求提供精确轴旋转的其他许多应用中，为电机控制应用的位置和速度测量提供高精度、性能稳定的控制系统，获得最佳的整体性能。