AD2S90：低成本12位旋转变压器数字转换器的卓越之选

在电子工程领域，旋转变压器数字转换器是实现电机控制、运动传感等应用的关键组件。今天，我们就来深入探讨一下ADI公司推出的AD2S90——一款低成本、高性能的12位旋转变压器数字转换器。

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一、AD2S90概述

AD2S90是一款完整的12位分辨率跟踪旋转变压器数字转换器，无需外部组件即可工作。它具有以下显著特点：

1. 功能集成：集旋转变压器数字转换功能于一体，提供完整解决方案。
2. 多种输出形式：具备绝对串行二进制和增量A quad B两种角度位置输出形式，还能提供模拟速度输出信号。
3. 宽输入范围：可接受3kHz - 20kHz、2V rms ± 10%的输入信号。
4. 低功耗：典型功耗仅50mW，适合对功耗有严格要求的应用场景。
5. 工业级温度范围：工作温度范围为-40°C至+85°C，能适应恶劣的工业环境。

二、技术参数剖析

信号输入

• 电压幅度：1.8 - 2.2V rms，适用于多种正弦波形差分输入。
• 频率范围：3 - 20kHz，满足不同应用的频率需求。
• 输入偏置电流：100nA（VIN = 2 ± 10% V rms），输入阻抗为1.0MΩ，确保信号准确传输。

参考输入

• 电压幅度：1.8 - 2.0V rms，频率为3 - 20kHz。
• 允许的相移：相对于SIN、COS输入为±10°，保证信号同步性。

转换器动态特性

• 带宽：700 - 1000Hz，内部设定，确保稳定的信号处理。
• 最大跟踪速率：500rps，能快速跟踪输入信号变化。
• 最大VCO速率（CLKOUT）：2.048MHz，提供高速时钟信号。

精度指标

• 角度精度：±10.6 + 1 LSB，重复精度为1弧分，保证测量精度。

速度输出

• 缩放比例：120 - 180rps/V dc，输出电压在±2.78 - ±4.17V dc之间，负载驱动能力为±250µA。

三、工作原理与连接方式

工作原理

AD2S90采用Type 2跟踪闭环原理，通过相敏检测器、积分器和压控振荡器（VCO）形成闭环系统，不断跟踪旋转变压器的位置，将输入的SIN和COS信息转换为数字角度表示。

连接方式

连接时需注意电源极性，正电源VDD（+5V dc ± 5%）连接到引脚13和14，负电源VSS（-5V dc ± 5%）连接到引脚12。旋转变压器的SIN和COS输出分别连接到转换器的SIN和COS引脚，SIN LO和COS LO连接到AGND。同时，建议使用屏蔽双绞线传输模拟信号，屏蔽层连接到转换器的AGND引脚。

四、输出形式详解

绝对位置输出（串行接口）

通过DATA、CS和SCLK三线接口提取绝对角度位置的串行二进制数据。当CS为高电平时，DATA输出处于高阻态；当CS为低电平时，DATA输出使能，通过SCLK时钟信号将12位数据逐位读出，最大数据速率为2MHz。

增量编码器输出

AD2S90模拟1024线编码器，输出A、B和NM信号。B信号在角度增加（顺时针方向）时领先A信号，DIR输出指示旋转方向。NM信号为北标记脉冲，可通过NMC引脚选择三种标准宽度（90°、180°和360°）。与传统增量编码器相比，AD2S90的编码器输出不受周期误差、偏心误差等影响，最大速度可达30000rpm。

速度输出

模拟速度输出VEL按150rps/V dc ± 15%进行缩放，正电压表示角度增加，可驱动最大10kΩ和30pF的负载。

五、应用场景与优势

应用场景

AD2S90广泛应用于工业电机控制、伺服电机控制、工业测量、编码器模拟、汽车运动传感与控制、工厂自动化和限位开关等领域。

优势体现

• 替代光学编码器：其A、B输出可直接替代光学编码器，无需更改或升级现有应用程序软件。
• 绝对位置数据提供：在运动控制系统中，可提供绝对位置串行数据流，避免因电源故障导致的复位问题，提高系统可靠性。
• 与DSP接口适配：AD2S90的串行输出非常适合与DSP配置的微处理器接口，如ADSP - 2105、TMS32020、DSP56000和NEC7720等，方便实现数字位置控制系统。

六、误差分析与电路动态

误差来源

主要误差为加速度误差，可通过加速度常数Ka来定义。AD2S90的Ka固定为3.0 × 10⁶ sec⁻²，可根据输入加速度预测输出位置误差。

电路动态

AD2S90作为Type 2跟踪伺服环路，其系统响应类似于单位增益二阶低通滤波器。通过开环和闭环传递函数可分析其频率响应特性，包括增益和相位图。

七、总结

AD2S90以其低成本、高性能、多功能等优势，成为旋转变压器数字转换领域的理想选择。无论是在工业控制还是汽车电子等领域，AD2S90都能为工程师提供可靠的解决方案。在实际应用中，工程师们需根据具体需求合理选择和配置AD2S90，以充分发挥其性能优势。你在使用类似转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。