電路功能與優(yōu)勢
旋變數(shù)字轉換器(RDC)廣泛用于汽車和工業(yè)應用中,，用來提供電機軸位置/速度反饋信息,。
AD2S1210是一款完整的10位至16位分辨率RDC，片內集成可編程正弦波振蕩器,，為旋變器提供激勵,。由于工作環(huán)境惡劣,，AD2S1210（C級和D級）的額定溫度范圍為−40°C至+125°C的擴展工業(yè)溫度范圍。
圖1所示的高電流驅動器放大AD2S1210的參考振蕩器輸出并進行電平轉換,，從而優(yōu)化與旋變器的接口,。該驅動器是一個使用雙通道、低噪聲,、精密運算放大器AD8662和分立互補發(fā)射極跟隨器輸出級的復合放大器,。一個類似的驅動器級用于互補激勵輸出，從而提供一個全差分信號來驅動旋變器初級繞組,。AD8662提供8引腳窄體SOIC和8引腳MSOP兩種封裝,，額定溫度范圍均為−40°C至+125°C的擴展工業(yè)溫度范圍。
圖1. 用于AD2S1210 RDC參考信號輸出的高電流緩沖器（原理示意圖,，未顯示去耦和所有連接）
RDC與旋轉傳感器配合使用,，以便檢測電機軸的位置和轉速。在這種應用中,，旋變器利用正弦波參考信號進行激勵,。初級繞組上的旋變器激勵參考信號被轉換為兩個正弦差分輸出信號：正弦和余弦。正弦和余弦信號的幅度取決于實際的旋變器位置,、旋變器轉換比和激勵信號幅度,。
RDC同步采樣兩個輸入信號，以便向數(shù)字引擎（即所謂Type II跟蹤環(huán)路）提供數(shù)字化數(shù)據(jù),。Type II跟蹤環(huán)路負責計算位置和速度,。典型應用電路如圖2所示。
圖2. AD2S1210 RDC典型應用電路
由于旋變器的輸入信號要求,，激勵緩沖器必須提供高達200 mA的單端電流,。圖1所示的緩沖電路不僅提供電流驅動能力，而且提供AD2S1210激勵輸出信號的增益,。本電路筆記說明性能要求及推薦的激勵緩沖拓撲結構,。典型旋變器的輸入電阻在100 Ω至200 Ω之間，初級線圈應利用7 V rms的電壓驅動,。
該轉換器支持3.15 V p-p ±27%范圍的輸入信號,。AD2S1210的額定頻率范圍為2 kHz至20 kHz,。采用Type II跟蹤環(huán)路跟蹤輸入信號，并將正弦和余弦輸入端的信息轉換為輸入角度和速度所對應的數(shù)字量,。該器件的額定最大跟蹤速率為3,125 rps,。在16位分辨率時，位置輸出的精度誤差最大值為±5.3弧分,。
電路描述
AD2S1210采用5 V電源供電,，輸出緩沖電路要求12 V電源，以便向旋變器提供所需的差分信號幅度,。
圖1所示為AD2S1210,、AD8662和相關電路的原理圖，其中包括一個推挽輸出級,，它能夠向旋變器提供所需的電源,。本電路的優(yōu)勢之一是當不存在信號時，輸出晶體管只需要少量靜態(tài)電流,。
AD2S1210的激勵輸出通常在EXC和EXC 輸出端提供3.6 V p-p正弦信號,，這將產生一個7.2 V p-p差分信號。
汽車旋變器的典型轉換比為0.286,。因此,，如果將一個單位增益緩沖器配合AD2S1210使用，則旋變器輸出的幅度約為差分2 V p-p,。這種信號的幅度不足以滿足AD2S1210的輸入幅度要求,。理想情況下，正弦和余弦輸入應具有差分3.15 V p-p的幅度,，因此緩沖器級應提供約1.5的增益,。
圖1所示激勵緩沖器的增益通過電阻R1和R2設置。在電路測試期間,，R1和R2電阻的值分別為10 kΩ和15.4 kΩ,，對應的增益為1.54。
電阻R3和R4設置放大器的共模電壓VCM(2) = +3.75 V,。激勵輸出的共模電壓VCM(1) = +2.5 V（中間電源電壓）,。因此，緩沖器輸出共模電壓VCM(OUT)約為+5.7 V（+12 V電源的大約一半）,。
2.2 kΩ電阻為推挽電路輸入端的二極管D1,、D2提供偏置電流，并確立該側的靜態(tài)電流,。D1和Q1上的電壓(VBE)應保持一致,，D2和T2上的電壓(VBE)應保持一致。3.3 Ω電阻和4.7 Ω電阻上的電壓也應保持一致。
選擇運算放大器AD8662是為了滿足推挽輸出級的驅動要求,。旋變器和RDC轉換器往往用于惡劣環(huán)境中，因此一般需要能夠在擴展溫度范圍（−40°C至+125°C）工作的器件,。該運放應提供2 MHz以上的帶寬,，輸入失調電壓應小于1 mV。注意不得在0 V附近向信號引入失真,，因為該失真可能無法被旋變器本身濾除,。確保無失真的方法是設置輸出晶體管的偏置，使得過零時仍然有足夠的電流來維持線性,。
由于所選的拓撲結構可以采用單電源供電,，因此針對緩沖器選擇的運放也應當能夠采用單供電軌供電。AD8662采用+5 V至+16 V的單電源供電,，提供軌到軌輸出,，因而是理想的選擇。
電容C1與電阻R2并聯(lián)形成一個低通濾波器,，用來濾除EXC和EXC 輸出上可能存在的任何噪聲,。應謹慎選擇此濾波器的截止頻率，確保濾波器所引起的載波相移不超過AD2S1210的鎖相范圍,。注意,，電容C1不是必需的，因為旋變器可以濾除AD2S1210激勵輸出中的高頻成分,。
應當注意,，在電路驗證過程中，旋變器的輸出直接連接到AD2S1210輸入,?？蛻魬弥薪洺褂闷渌{整電阻和/或無源RC濾波器。在AD2S1210之前可以使用其它無源器件,，但應注意不要超過數(shù)據(jù)手冊規(guī)定的AD2S1210最大鎖相范圍,。外部無源器件可能會導致通道間幅度不匹配誤差，這會直接轉化為位置誤差,。因此,，信號路徑中推薦使用至少1%容差的電阻和5%容差的電容。
圖3所示為70°角時采集到的12位角度精度碼直方圖,。圖4所示為16位角度精度碼直方圖,。圖5所示為100 rps旋轉速率和16位分辨率設置時的速度輸出碼直方圖。
圖3. 12位角度精度碼直方圖,，70°角,，10,000次采樣
圖4. 16位角度精度碼直方圖，70°角，10,000次采樣
圖5. 16位速度輸出碼直方圖,，100 rps,，10,000次采樣
評估結果表明，AD2S1210與所示的激勵緩沖電路一起使用能夠實現(xiàn)產品數(shù)據(jù)手冊說明的模擬精度和速度精度,。
根據(jù)應用和傳感器的具體要求,，可以更改AD2S1210和AD8662周圍的器件值。例如,，通過改變電阻值,，用戶可以調整偏置電壓、幅度和緩沖電路輸出端的最大驅動能力,。
常見變化
圖1所示的緩沖電路可以在不做任何修改的情況下與ADI公司的其它旋變數(shù)字轉換器一起使用,，例如AD2S1200 andAD2S1205。為了改變輸出幅度,、驅動能力和失調電壓,，用戶應適當調整無源器件。
如果系統(tǒng)需要其它運算放大器,，可以考慮AD8664和AD8661,，它們分別是AD8662的四通道版本和單通道版本。
電路評估與測試
為了評估和測試AD2S1210與本電路筆記所述的電路,，我們開發(fā)了評估板EVAL-AD2S1210EDZ,。詳細原理圖、材料清單和用戶說明請參閱EVAL-AD2S1210EDZ評估板用戶指南,。
設備要求
為了測試和評估所述電路,，需要評估板EVAL-AD2S1210EDZ、評估控制器板EVAL-CED1Z,、旋變器和帶USB接口的PC（Windows™ 2000™或Windows™ XP™）,。某些情況下可以用旋變器自整角機標準代替旋變器，以便仿真實際傳感器的功能,。 North Atlantic Model 5300是一款合適的旋變器仿真器,。
開始使用
EVAL-CED1Z板的詳細運作信息請參閱EVAL-CED1Z轉換器評估與開發(fā)平臺和EVAL-CED1Z技術文檔。
設置與測試
關于AD2S1210測試的詳細信息請參閱EVAL-AD2S1210EDZ評估板用戶指南,。