電路描述 - 旋變數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC)在汽車和工業(yè)中的應(yīng)用

　　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(hào)幅度。

　　圖1所示為AD2S1210、AD8662和相關(guān)電路的原理圖，其中包括一個(gè)推挽輸出級(jí)，它能夠向旋變器提供所需的電源。本電路的優(yōu)勢(shì)之一是當(dāng)不存在信號(hào)時(shí)，輸出晶體管只需要少量靜態(tài)電流。

　　AD2S1210的激勵(lì)輸出通常在EXC和EXC 輸出端提供3.6 V p-p正弦信號(hào)，這將產(chǎn)生一個(gè)7.2 V p-p差分信號(hào)。

　　汽車旋變器的典型轉(zhuǎn)換比為0.286。因此，如果將一個(gè)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(hào)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(yīng)具有差分3.15 V p-p的幅度，因此緩沖器級(jí)應(yīng)提供約1.5的增益。

　　圖1所示激勵(lì)緩沖器的增益通過電阻R1和R2設(shè)置。在電路測(cè)試期間，R1和R2電阻的值分別為10 kΩ和15.4 kΩ，對(duì)應(yīng)的增益為1.54。

　　電阻R3和R4設(shè)置放大器的共模電壓VCM(2) = +3.75 V。激勵(lì)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(cè)的靜態(tài)電流。D1和Q1上的電壓(VBE)應(yīng)保持一致，D2和T2上的電壓(VBE)應(yīng)保持一致。3.3 Ω電阻和4.7 Ω電阻上的電壓也應(yīng)保持一致。

　　選擇運(yùn)算放大器AD8662是為了滿足推挽輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)要求。旋變器和RDC轉(zhuǎn)換器往往用于惡劣環(huán)境中，因此一般需要能夠在擴(kuò)展溫度范圍(?40°C至+125°C)工作的器件。該運(yùn)放應(yīng)提供2 MHz以上的帶寬，輸入失調(diào)電壓應(yīng)小于1 mV。注意不得在0 V附近向信號(hào)引入失真，因?yàn)樵撌д婵赡軣o法被旋變器本身濾除。確保無失真的方法是設(shè)置輸出晶體管的偏置，使得過零時(shí)仍然有足夠的電流來維持線性。

　　由于所選的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以采用單電源供電，因此針對(duì)緩沖器選擇的運(yùn)放也應(yīng)當(dāng)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(gè)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(yīng)謹(jǐn)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?yàn)樾兤骺梢詾V除AD2S1210激勵(lì)輸出中的高頻成分。

　　應(yīng)當(dāng)注意，在電路驗(yàn)證過程中，旋變器的輸出直接連接到AD2S1210輸入?？蛻魬?yīng)用中經(jīng)常會(huì)使用其它調(diào)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(yīng)注意不要超過數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定的AD2S1210最大鎖相范圍。外部無源器件可能會(huì)導(dǎo)致通道間幅度不匹配誤差，這會(huì)直接轉(zhuǎn)化為位置誤差。因此，信號(hào)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(shí)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(zhuǎn)速率和16位分辨率設(shè)置時(shí)的速度輸出碼直方圖。

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　　圖3. 12位角度精度碼直方圖，70°角，10,000次采樣

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　　圖4. 16位角度精度碼直方圖，70°角，10,000次采樣

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　　圖5. 16位速度輸出碼直方圖，100 rps，10,000次采樣

　　評(píng)估結(jié)果表明，AD2S1210與所示的激勵(lì)緩沖電路一起使用能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)說明的模擬精度和速度精度。

　　根據(jù)應(yīng)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(diào)整偏置電壓、幅度和緩沖電路輸出端的最大驅(qū)動(dòng)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(zhuǎn)換器一起使用，例如AD2S1200 and AD2S1205。為了改變輸出幅度、驅(qū)動(dòng)能力和失調(diào)電壓，用戶應(yīng)適當(dāng)調(diào)整無源器件。

　　如果系統(tǒng)需要其它運(yùn)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。