AD2S90：低成本12位旋转变压器数字转换器的卓越之选

在电子工程师的设计领域中，旋转变压器数字转换器是实现精确角度测量和位置反馈的关键组件。今天，我们来深入探讨一款极具性价比的产品——AD2S90，它为工业、汽车等多个领域的应用提供了出色的解决方案。

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1. AD2S90产品特性概述

1.1 集成度高

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。这大大简化了设计过程，降低了成本和电路板空间需求。

1.2 多输出格式

它提供两种形式的角位置输出信息：绝对串行二进制和增量A Quad B。绝对串行二进制输出为12位，可通过简单的三线接口访问；增量编码器仿真输出A、B和NM，相当于1024线编码器，并且可以通过单引脚（NMC）选择三种常见的北标记脉冲宽度。

1.3 高精度与低功耗

在20引脚PLCC封装中，具有±10.6弧分的角度精度，同时功耗低至50 mW，非常适合对功耗敏感的应用。

1.4 宽工作范围

支持3 kHz - 20 kHz的输入信号频率，工业温度范围为 -40°C 至 +85°C，能够适应各种恶劣的工作环境。

2. 技术细节剖析

2.1 输入信号要求

转换器在SIN、COS和REF输入上接受2 V rms ± 10%的输入信号，频率范围为3 kHz - 20 kHz。输入偏置电流为100 nA，输入阻抗为1.0 MΩ，共模电压峰值为100 mV，共模抑制比（CMRR）在10 kHz时为60 dB。

2.2 转换器动态特性

带宽内部设定为1 kHz，最大跟踪速率为500 rps，最大VCO速率（CLKOUT）为2.048 MHz。对于1°和179°的阶跃输入，稳定时间分别为2 ms和20 ms。

2.3 精度指标

角度精度为±10.6 + 1 LSB（1 LSB = 5.3弧分），重复性为1弧分。

2.4 速度输出

模拟速度输出信号可表示旋转旋转变压器轴的速度，正电压表示角度增加，满量程为375 rps，缩放比例为120 - 180 rps/V dc。

3. 工作原理

AD2S90基于Type 2跟踪闭环原理工作。通过误差放大器、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，使计数器的字状态φ等于旋转变压器轴角度θ。

4. 应用场景

4.1 工业电机控制

在工业电机控制中，AD2S90可以精确测量电机的位置和速度，实现闭环控制，提高电机的运行效率和稳定性。

4.2 伺服电机控制

为伺服电机提供准确的位置反馈，确保电机能够按照设定的轨迹运行，满足高精度控制的需求。

4.3 汽车运动传感与控制

在汽车领域，用于测量车轮的旋转角度和速度，实现车辆的稳定控制和安全性能提升。

4.4 工厂自动化

在工厂自动化系统中，AD2S90可用于各种机械设备的位置和速度检测，实现自动化生产和过程控制。

5. 接口与连接

5.1 电源连接

正电源 (V{DD}=+5 ~V dc pm 5 %) 连接到引脚13和14，负电源 (V{SS}=-5 ~V) ± 5% 连接到引脚12。电源极性接反会损坏器件。

5.2 信号连接

旋转变压器的S3（SIN）和S2（COS）输出分别连接到转换器的SIN和COS引脚，S1（SIN）和S4（COS）连接到SINLO和COSLO引脚。模拟信号输入建议使用单独的屏蔽双绞线，屏蔽层连接到转换器的AGND引脚。

5.3 北标记宽度选择

通过引脚15（NMC）控制北标记宽度，施加 (V{DD})、0 V 或 (V{ss}) 可选择标准的90°、180°和360°脉冲宽度。

6. 输出格式详解

6.1 绝对位置输出

通过三线接口（DATA、(overline{CS}) 和 SCLK）提取绝对角度位置的串行二进制数据。当 (overline{CS}) 为高电平时，DATA输出处于高阻抗状态；当 (overline{CS}) 变为低电平时，DATA输出使能，数据通过SCLK时钟输出，最大数据速率为2 MHz。

6.2 增量编码器输出

AD2S90模拟1024线编码器，A、B脉冲表示角度变化，B领先A表示角度增加（顺时针方向）。DIR输出指示旋转方向，高电平表示角度增加。北标记脉冲在绝对角度位置通过零位时产生，宽度可通过NMC引脚选择。

6.3 速度输出

模拟速度输出VEL与角度增加方向对应正电压，可驱动最大负载组合为10 kΩ和30 pF，内部速度缩放固定。

7. 与DSP的接口

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。不同的DSP需要进行不同的接口配置，但都能实现与AD2S90的有效通信，读取角度数据。

8. 4×解码逻辑

在大多数数据采集或控制系统中，需要将AD2S90的A、B增量输出解码为绝对信息。通过4×解码架构，可以实现这一转换，并且AD2S90提供的DIR输出消除了传统的方向解码需求。

9. 远程多传感器接口

AD2S90的DATA输出在 (overline{CS}) 为高电平时处于高阻抗状态，这使得多个转换器可以连接在同一线路上。通过地址线解码实现对单个转换器的选择，适用于远程多传感器接口应用。

10. 总结与思考

AD2S90以其低成本、高集成度、高精度和低功耗等优点，成为电子工程师在旋转变压器数字转换设计中的理想选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和系统要求，合理选择输入信号、配置输出格式，并注意接口和连接的正确性。同时，对于不同的DSP接口，需要深入理解其工作原理和配置方法，以确保系统的稳定运行。各位工程师在使用AD2S90时，是否遇到过什么挑战呢？如何更好地发挥它的性能，是我们需要不断探索的问题。