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，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。同時給出了一個由AD2S90組成的單片機數(shù)顯表的實現(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)點而得到廣泛的應(yīng)用。但對感應(yīng)同步器的信號進行數(shù)字化變換是數(shù)顯數(shù)控的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。AD2S90是對感應(yīng)同步器的輸出信號進行數(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，可在機床的數(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)復雜、調(diào)試困難、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，工作時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，由正弦波發(fā)生器和功率放大電路產(chǎn)生的一個大約10kHz的正弦波信號來作為感同步器定尺的激磁信號。隨著滑尺的運動，滑尺上兩個獨立繞組感應(yīng)輸出的兩個正弦波信號將被滑尺位置對應(yīng)的機械角度θ所調(diào)相和調(diào)幅。這兩個信號和正弦波發(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(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)的電路或裝置進行配接，以實現(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。當片選信號CS由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，位置數(shù)據(jù)將開始其串行輸出周期。而從SCLK第二個脈沖的下降沿開始，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)字輸出口接到計算機的串行口可實現(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NMC信號分別為+VDD、0、-Vss時，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1024脈沖的增量編碼器，即在CLKOUT信號為高是電平的一個輸出周期內(nèi)，芯片輸出1024個A、B脈沖，該脈沖數(shù)值同時也代表了數(shù)字變換的分辨率。當感應(yīng)同步器的位移增加時，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(xiàn)有的數(shù)顯、數(shù)控裝置進行配接。

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。當感應(yīng)同步器的滑尺位移增加時，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，可以很方便地實現(xiàn)滑尺速度、方向的顯示和控制。

3 AD2S90的應(yīng)用

使用AD2S90實現(xiàn)的微機數(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。AD2S90能起到將感應(yīng)同步器的信號進行數(shù)字變換的作用。使用時首先將位置信號經(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，再由微機驅(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所示的微機數(shù)顯系統(tǒng)可以測量和顯示多種物理量。當感應(yīng)同步器為直線式時，可進行直線位置、運動方向、運動速度的測量和顯示；當感應(yīng)同步器為旋轉(zhuǎn)式時，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的輸入信號和改變單片機的控制程序來實現(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)域以及機床的數(shù)字化改造中得到更廣泛的應(yīng)用。