用于感應同步器的數字變換芯片AD2S90

摘要：AD2S90是AD公司生產(chǎn)的能以鑒相的方式對感應同步器信號進(jìn)行數字化處理的專(zhuān)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組成的單片機數顯表的實(shí)現方案。

關(guān)鍵詞：鑒相 數字轉換 集成電路 AD2S90

在國內外位置檢測領(lǐng)域中，感應同步器由于其具有精度高、行程大、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應用。但對感應同步器的信號進(jìn)行數字化變換是數顯數控的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節。AD2S90是對感應同步器的輸出信號進(jìn)行數字變換的專(zhuān)用集成電路芯片。以AD2S90芯片為核心的感應同步器數字轉換電路是有體積小、結構簡(jiǎn)單、可靠性高、易于調試和可輸出多種信號模式等優(yōu)點(diǎn)，可在機床的數字化改造中取得很好的應用效果。而目前國內的轉換電路多采用分立元件和非專(zhuān)用芯片，但這些芯片體積龐大、結構復雜、調試困難、可靠性差，而且信號的輸出格式很難與現有的數顯控裝置配接。

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(dòng)輸入，能以鑒相的方式完成對感應同步器輸出信號的數字轉換，同時(shí)可以以串行數據和仿增量編碼器數據等兩種輸出模式使用戶(hù)配接不同的數量數控。AD2S90的引腳排列如圖1所示。

1 AD2S90的工作原理

該芯片一般應用于感應步器位置檢測信號的數字化變換?，F以感應同步器的滑尺（或轉子，下同）輸出信號作為AD2S90的輸入信號來(lái)說(shuō)明它的工作原理。感應同步器與AD2S90的連接如圖2所示。

應用時(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(lái)作為感同步器定尺的激磁信號。隨著(zhù)滑尺的運動(dòng)，滑尺上兩個(gè)獨立繞組感應輸出的兩個(gè)正弦波信號將被滑尺位置對應的機械角度θ所調相和調幅。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的角度θ轉換成數字信號，此信號由串行數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(hù)可以根據本文敘述的各種輸出模式和具體參數、波形以及使用要求與相應的電路或裝置進(jìn)行配接，以實(shí)現不同的功能。

2.1 串行數字輸出方式

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

將ADS90的串行數字輸出口接到計算機的串行口可實(shí)現數據的串行傳輸，然后配以相應的顯示裝置或數控裝置便可構成相應的數顯或數控系統。

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，芯片輸出1024個(gè)A、B脈沖，該脈沖數值同時(shí)也代表了數字變換的分辨率。當感應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)標準信號，該信號很容易和現有的數顯、數控裝置進(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，還可通過(guò)AD2S90的CLKOUTH和VEL端口來(lái)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輸出端得到構成A和B方向的編碼邏輯輸出。當感應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(guò)這些信號，可以很方便地實(shí)現滑尺速度、方向的顯示和控制。

3 AD2S90的應用

使用AD2S90實(shí)現的微機數顯表的系統框圖如圖6所示。該數顯表采用單片機作為位置數據的處理裝置，可以通過(guò)編程來(lái)將數顯表的位置顯示方案及要求數顯表應具備的功能編程送入微機。AD2S90能起到將感應同步器的信號進(jìn)行數字變換的作用。使用時(shí)首先將位置信號經(jīng)感應同步器檢測后得到的位置信號被送入AD2S90芯片，并在變換成數字信息后通過(guò)串口送入微機，再由微機驅動(dòng)顯示裝置將位置信息顯示出來(lái)。由于A(yíng)D2S90具有多種信號輸出模式，因此圖6所示的微機數顯系統可以測量和顯示多種物理量。當感應同步器為直線(xiàn)式時(shí)，可進(jìn)行直線(xiàn)位置、運動(dòng)方向、運動(dòng)速度的測量和顯示；當感應同步器為旋轉式時(shí)，可以測量顯示旋轉角度、旋轉角速度、轉速和旋轉方向等。這些測量可通過(guò)改變單片機的輸入信號和改變單片機的控制程序來(lái)實(shí)現。

從以上的敘述可以看出，AD2S90是一款性能優(yōu)良的專(zhuān)用數字轉換芯片。它必將在數顯、數控領(lǐng)域以及機床的數字化改造中得到更廣泛的應用。