用于感應(yīng)同步器的數(shù)字變換芯片AD2S90

摘要：AD2S90是AD公司生產(chǎn)的能以鑒相的方式對感應(yīng)同步器信號進(jìn)行數(shù)字化處理的專用芯片。它具有成本低、功耗小、功能多、所需外圍元件少等優(yōu)點(diǎn)，文中介紹了AD2S90數(shù)字變換芯片的引腳功能、工作原理及輸出信號模式。同時(shí)給出了一個(gè)由AD2S90組成的單片機(jī)數(shù)顯表的實(shí)現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：鑒相 數(shù)字轉(zhuǎn)換 集成電路 AD2S90

在國內(nèi)外位置檢測領(lǐng)域中，感應(yīng)同步器由于其具有精度高、行程大、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。但對感應(yīng)同步器的信號進(jìn)行數(shù)字化變換是數(shù)顯數(shù)控的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。AD2S90是對感應(yīng)同步器的輸出信號進(jìn)行數(shù)字變換的專用集成電路芯片。以AD2S90芯片為核心的感應(yīng)同步器數(shù)字轉(zhuǎn)換電路是有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于調(diào)試和可輸出多種信號模式等優(yōu)點(diǎn)，可在機(jī)床的數(shù)字化改造中取得很好的應(yīng)用效果。而目前國內(nèi)的轉(zhuǎn)換電路多采用分立元件和非專用芯片，但這些芯片體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、可靠性差，而且信號的輸出格式很難與現(xiàn)有的數(shù)顯控裝置配接。

AD2S90具有低成本、低能耗、多功能等優(yōu)點(diǎn)，工作時(shí)所需的外圍元件甚少。該芯片采用差動輸入，能以鑒相的方式完成對感應(yīng)同步器輸出信號的數(shù)字轉(zhuǎn)換，同時(shí)可以以串行數(shù)據(jù)和仿增量編碼器數(shù)據(jù)等兩種輸出模式使用戶配接不同的數(shù)量數(shù)控。AD2S90的引腳排列如圖1所示。

1 AD2S90的工作原理

該芯片一般應(yīng)用于感應(yīng)步器位置檢測信號的數(shù)字化變換?，F(xiàn)以感應(yīng)同步器的滑尺（或轉(zhuǎn)子，下同）輸出信號作為AD2S90的輸入信號來說明它的工作原理。感應(yīng)同步器與AD2S90的連接如圖2所示。

應(yīng)用時(shí)，由正弦波發(fā)生器和功率放大電路產(chǎn)生的一個(gè)大約10kHz的正弦波信號來作為感同步器定尺的激磁信號。隨著滑尺的運(yùn)動，滑尺上兩個(gè)獨(dú)立繞組感應(yīng)輸出的兩個(gè)正弦波信號將被滑尺位置對應(yīng)的機(jī)械角度θ所調(diào)相和調(diào)幅。這兩個(gè)信號和正弦波發(fā)生器的參考正弦信號一起被送入AD2S90芯片的SIN、CON和REF端品。然后由AD2S90芯片以鑒相的方式將代表滑尺集團(tuán)的角度θ轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，此信號由串行數(shù)字輸出端口或增量編碼器端口輸出。同時(shí)芯片還可提供滑尺位移的速度信號和位移的方向信號，并分別由VEL、CLKOUT和DIR端口輸出。

AD2S90芯片SIN、COS端的輸入信號要求是頻率為3～10kHz、振幅為2Vrms±10%的正弦信號，SCLK、CS輸入端的最高和最低電位要求為3.5V和1.5V。

2 輸出信號模式

AD2S90芯片具有多種模式的輸出信號，用戶可以根據(jù)本文敘述的各種輸出模式和具體參數(shù)、波形以及使用要求與相應(yīng)的電路或裝置進(jìn)行配接，以實(shí)現(xiàn)不同的功能。

2.1 串行數(shù)字輸出方式

AD2S90芯片的串行數(shù)字讀數(shù)周期如圖3所示。當(dāng)片選信號CS由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，位置數(shù)據(jù)將開始其串行輸出周期。而從SCLK第二個(gè)脈沖的下降沿開始，數(shù)據(jù)線DATA便開始首先輸出最高位。這樣，在SCLK的連續(xù)12個(gè)脈沖的下降沿即可從DATA串行輸出端口得到12位完整的位置數(shù)據(jù)。

將ADS90的串行數(shù)字輸出口接到計(jì)算機(jī)的串行口可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行傳輸，然后配以相應(yīng)的顯示裝置或數(shù)控裝置便可構(gòu)成相應(yīng)的數(shù)顯或數(shù)控系統(tǒng)。

2.2 增置編碼器輸出方式

圖4為AD2S90芯片的仿增量編碼器輸出信號波形圖。其中NM信號有三種脈沖寬度可以選擇，并由AD2S90的NMC輸入信號加以控制。當(dāng)NMC信號分別為+VDD、0、-Vss時(shí)，NM的脈沖寬度分別為90°、180°、360。

圖5為AD2S90仿真量編碼器輸出信號的周期圖。它仿真了一個(gè)1024脈沖的增量編碼器，即在CLKOUT信號為高是電平的一個(gè)輸出周期內(nèi)，芯片輸出1024個(gè)A、B脈沖，該脈沖數(shù)值同時(shí)也代表了數(shù)字變換的分辨率。當(dāng)感應(yīng)同步器的位移增加時(shí)，A信號超前于B信號。

增量編碼器的輸出信號為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號，該信號很容易和現(xiàn)有的數(shù)顯、數(shù)控裝置進(jìn)行配接。

2.3 速度脈沖、位移方向和速度電壓輸出

在增量編碼器信號輸出的周期內(nèi)，還可通過AD2S90的CLKOUTH和VEL端口來輸出描述滑尺位移速度的脈沖信號和直流電壓信號。以在DIR輸出端得到構(gòu)成A和B方向的編碼邏輯輸出。當(dāng)感應(yīng)同步器的滑尺位移增加時(shí)，DIR端為高電平。CLKOUT和DIR信號的輸出周期如圖5所示。通過這些信號，可以很方便地實(shí)現(xiàn)滑尺速度、方向的顯示和控制。

3 AD2S90的應(yīng)用

使用AD2S90實(shí)現(xiàn)的微機(jī)數(shù)顯表的系統(tǒng)框圖如圖6所示。該數(shù)顯表采用單片機(jī)作為位置數(shù)據(jù)的處理裝置，可以通過編程來將數(shù)顯表的位置顯示方案及要求數(shù)顯表應(yīng)具備的功能編程送入微機(jī)。AD2S90能起到將感應(yīng)同步器的信號進(jìn)行數(shù)字變換的作用。使用時(shí)首先將位置信號經(jīng)感應(yīng)同步器檢測后得到的位置信號被送入AD2S90芯片，并在變換成數(shù)字信息后通過串口送入微機(jī)，再由微機(jī)驅(qū)動顯示裝置將位置信息顯示出來。由于AD2S90具有多種信號輸出模式，因此圖6所示的微機(jī)數(shù)顯系統(tǒng)可以測量和顯示多種物理量。當(dāng)感應(yīng)同步器為直線式時(shí)，可進(jìn)行直線位置、運(yùn)動方向、運(yùn)動速度的測量和顯示；當(dāng)感應(yīng)同步器為旋轉(zhuǎn)式時(shí)，可以測量顯示旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)角速度、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向等。這些測量可通過改變單片機(jī)的輸入信號和改變單片機(jī)的控制程序來實(shí)現(xiàn)。

從以上的敘述可以看出，AD2S90是一款性能優(yōu)良的專用數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。它必將在數(shù)顯、數(shù)控領(lǐng)域以及機(jī)床的數(shù)字化改造中得到更廣泛的應(yīng)用。