AD2S44：低成本14位雙通道同步/旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器解析

在電子工程師的設(shè)計(jì)工作中，常常會遇到需要將同步/旋轉(zhuǎn)變壓器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的場景。而AD2S44這款產(chǎn)品，為我們提供了一個優(yōu)秀的解決方案。今天，我們就來深入了解一下AD2S44這款低成本、高性能的14位雙通道同步/旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

文件下載：AD2S44-TM11B.pdf

一、AD2S44的特性與應(yīng)用

特性亮點(diǎn)

AD2S44具有諸多令人矚目的特性。首先，它實(shí)現(xiàn)了低每通道成本，采用32引腳DIL混合封裝，能在有限的空間內(nèi)完成信號轉(zhuǎn)換任務(wù)。其精度高達(dá)2.6弧分，擁有14位的分辨率，能夠精確地將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。內(nèi)置測試功能可以在故障安全系統(tǒng)中提供轉(zhuǎn)換器是否準(zhǔn)確跟蹤的指示。獨(dú)立的參考輸入允許每個通道使用不同的參考頻率，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。高跟蹤速率則保證了它能快速響應(yīng)輸入信號的變化。

廣泛應(yīng)用

這款轉(zhuǎn)換器在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在云臺/陀螺儀控制系統(tǒng)中，它能精確地將傳感器的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)對云臺和陀螺儀的精準(zhǔn)控制；在機(jī)器人領(lǐng)域，可用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的角度測量和控制；在發(fā)動機(jī)控制器中，為發(fā)動機(jī)的精確控制提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)；在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、軍事伺服控制系統(tǒng)、火控系統(tǒng)、航空電子系統(tǒng)以及天線監(jiān)測等方面也發(fā)揮著重要作用，同時還適用于CNC機(jī)床加工，提高加工精度。

二、產(chǎn)品詳細(xì)描述

整體設(shè)計(jì)

AD2S44是一款14位雙通道、連續(xù)跟蹤的同步/旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器，專為對空間、重量和成本要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。每個32引腳混合器件包含兩個獨(dú)立的II型伺服環(huán)路跟蹤轉(zhuǎn)換器，采用比例轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有出色的抗噪能力和對長引線長度的耐受性。

核心技術(shù)

其轉(zhuǎn)換核心采用了ADI公司專有的BiMOS II工藝制造的先進(jìn)單片集成電路，將低功耗CMOS數(shù)字邏輯與雙極線性電路的優(yōu)勢相結(jié)合，減少了內(nèi)部組件數(shù)量，確保了高可靠性。

信號處理

每個通道都包含一個高精度差分調(diào)理電路，用于信號輸入，共模抑制比超過74dB。支持同步和旋轉(zhuǎn)變壓器格式的輸入選項(xiàng)，轉(zhuǎn)換器輸出通過三態(tài)透明鎖存器實(shí)現(xiàn)，允許在不中斷轉(zhuǎn)換器操作的情況下讀取數(shù)據(jù)。通過A/B和OE控制線可以選擇通道并將數(shù)字位置數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到公共數(shù)據(jù)輸出端。

三、規(guī)格參數(shù)分析

性能參數(shù)

在性能方面，AD2S44在不同溫度范圍內(nèi)都有良好的表現(xiàn)。例如，AD2S44 - UMB2在 - 55°C至 + 125°C溫度范圍內(nèi)，精度為 - 4.0至 + 4.0弧分；在 - 25°C至 + 85°C范圍內(nèi)，精度為 - 2.6至 + 2.6弧分。其跟蹤速率為20轉(zhuǎn)/秒，分辨率為14位（1 LSB = 1.3弧分），輸出編碼為并行自然二進(jìn)制，重復(fù)性為1 LSB。信號/參考頻率范圍為400 - 2600 Hz，帶寬為100 Hz。

輸入輸出參數(shù)

信號輸入方面，信號電壓有11.8V或90V rms可選，不同電壓下輸入阻抗也不同。參考輸入的參考電壓有26V或115V rms可選，輸入阻抗在不同電壓下也有相應(yīng)規(guī)定。數(shù)字輸入和輸出也有明確的電壓和電流參數(shù)要求。

絕對最大額定值

了解絕對最大額定值對于正確使用AD2S44至關(guān)重要。例如，+VS到GND的最大電壓為 + 17.25V dc， - VS到GND的最大電壓為 - 17.25V dc，任何邏輯輸入到GND的最大電壓為 + 6.0V dc，最小電壓為 - 0.4V dc等。超出這些額定值可能會對器件造成永久性損壞。

四、工作原理與連接方法

工作原理

AD2S44基于跟蹤原理工作，輸出數(shù)字字會持續(xù)跟蹤同步/旋轉(zhuǎn)變壓器軸的位置，無需外部轉(zhuǎn)換命令和狀態(tài)等待循環(huán)。當(dāng)傳感器移動到相當(dāng)于最低有效位權(quán)重的位置時，輸出數(shù)字字會更新。每個通道的操作相同，共享電源和輸出引腳，兩個通道可以連續(xù)且獨(dú)立地工作。

連接方法

在連接轉(zhuǎn)換器時，需要注意電源電壓的極性，連接到 - Vs和 + Vs的電源電壓應(yīng)為 ± 15V且不能反轉(zhuǎn)。建議在每個電源引腳和GND之間并聯(lián)一個100nF陶瓷電容和一個6.8μF鉭電容。GND引腳應(yīng)連接到系統(tǒng)的0V電位。數(shù)字輸出從Pin 26到Pin 32以及Pin 1到Pin 7引出，Pin 26為最高有效位，Pin 7為最低有效位。參考連接分別連接到RHI引腳和RLO引腳，同步和旋轉(zhuǎn)變壓器的信號連接有相應(yīng)的規(guī)定。

五、功能控制與測試

通道選擇

A/B是通道選擇輸入，邏輯1選擇通道A，邏輯0選擇通道B。數(shù)據(jù)在A/B切換后640ns變得有效。

輸出使能

OE是輸出使能輸入，信號為低電平有效。當(dāng)設(shè)置為邏輯1時，DB1到DB14處于高阻抗?fàn)顟B(tài)；當(dāng)設(shè)置為邏輯0時，DB1到DB14表示轉(zhuǎn)換器規(guī)定精度內(nèi)的傳感器軸角度。數(shù)據(jù)在OE切換后640ns變得有效。

內(nèi)置測試

BIT是內(nèi)置測試錯誤輸出，為通過A/B選擇的通道提供過速或故障指示信號。每個通道的誤差電壓會被持續(xù)監(jiān)測，當(dāng)誤差超過當(dāng)前所選通道的 ± 50位時，BIT輸出變?yōu)榈碗娖?，表示存在大于約1度的角度誤差，此時數(shù)據(jù)無效。BIT信號具有內(nèi)置滯后功能，能避免在誤差閾值附近閃爍。

六、動態(tài)性能與可靠性

動態(tài)性能

AD2S44的轉(zhuǎn)換器傳遞函數(shù)包括開環(huán)和閉環(huán)傳遞函數(shù)。開環(huán)傳遞函數(shù)為 (frac{theta{OUT }}{theta{I N}}=frac{K{a}}{s^{2}} × frac{1+s T{1}}{1+s T{2}})，閉環(huán)傳遞函數(shù)為 (frac{theta{OUT }}{theta{I N}}=frac{1+s T{1}}{1+s T{1}+s^{2} / K{a}+s^{3} T{2} / K{a}})，其中 (K{a}=62000 sec^{-2})，(T{1}=0.0061 sec)，(T_{2}=0.001 sec)。通過增益和相位圖可以更直觀地了解其動態(tài)性能。

加速度誤差

采用II型伺服環(huán)路的跟蹤轉(zhuǎn)換器不會出現(xiàn)速度滯后，但會因加速度產(chǎn)生額外誤差。加速度常數(shù) (K{a}) 可用于預(yù)測輸入加速度導(dǎo)致的輸出位置誤差。例如，當(dāng)加速度為50轉(zhuǎn)/秒2，(K{a}=62000) 時，輸出誤差為13.2 LSB。

可靠性保障

AD2S44的可靠性很高，這得益于大量使用定制芯片電路，減少了有源組件數(shù)量。通過特定的高可靠性制造工藝，如預(yù)封裝目視檢查、溫度循環(huán)、恒定加速度測試、老化測試等，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的可靠性。

七、訂購信息

訂購指南

AD2S44有多種型號可供選擇，如AD2S44 - TM11B、AD2S44 - TM12B等，不同型號在溫度范圍、封裝等方面可能有所不同。在訂購時，轉(zhuǎn)換器的部件編號需要后綴一個兩位字母代碼來定義精度等級，以及一個兩位數(shù)字代碼來定義信號/參考電壓和頻率。

特殊需求

對于非標(biāo)準(zhǔn)配置，可以聯(lián)系A(chǔ)DI公司獲取更多信息。

AD2S44憑借其出色的性能、靈活的設(shè)計(jì)和高可靠性，為電子工程師在同步/旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換領(lǐng)域提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇和使用這款轉(zhuǎn)換器，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。大家在使用AD2S44的過程中，有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨(dú)特的應(yīng)用場景呢？歡迎在評論區(qū)分享。