精密旋变数字转换器测量角位置和速度

32,768

加速度产生的跟踪误差便可计算如下：

图 9 显示不同分辨率设置下的角度误差与加速度的关系。

图 9. 角度误差与加速度的关系

输入滤波器
为获得最佳的系统精度，可将旋变器输出直接连接至AD2S1210 SIN、COS、SINLO和COSLO引脚，减少失配或相移。但是，该方法并非始终有效。可能需要衰减旋变器的正弦和余弦信号，以匹配RDC的输入规 格；由于环境噪声干扰严重，可能需要对信号进行过滤，并且旋变器的连接器还可能需要提供ESD或短路保护。

图 10 显示旋变器和AD2S1210 之间的典型接口电路。串联电阻和二极管提供适当的保护，降低外部事件（如ESD或电源/接地短路）的能量。这些电阻和电容部署了低通滤波器，可以减少由于 驱动电机而耦合至旋变器输入端的高频噪声。可能还需要衰减旋变器的正弦和余弦输入信号，以便符合RDC的输 入电压规格 。这可以 通过添加 一个电阻 R_A来实现。 AD2S1210 集成内部偏置电路，可将SIN、SINLO、COS和COSLO偏置为V_REF/2。该微弱的偏置可轻松过载，一种简单的实现方法是采用 47 kΩ电阻R_B，它可将信号偏置为 2.5 V。

图 10. 接口电路

激励缓冲器
通常需要使用缓冲器来驱动旋变器的低阻抗输入。有很多种方法可以部署该激励缓冲器，本文介绍其中的两种方法。第一种电路常用于汽车和工业设计中，第二种电路以高输出电流放大器代替标准推挽式架构，简化了设计。

11 所示之高电流驱动器可放大参考振荡器的输出，并对其进行电平转换操作。驱动器使用双通道、低噪声、精密运算放大器AD8662，以及一个分立式发射极跟随器输出级。缓冲器翻版电路提供全差分信号，驱动旋变器的初级绕组。

图 11. 使用运算放大器 AD8662 的高电流参考缓冲器（具有推挽式输出）

该高电流缓冲器提供针对标准旋变器优化的驱动能力、增益范围和带宽，可进行调节以便满足特定应用和传感器的要求，但其复杂的设计带来了一系列缺点，比如元件数、PCB尺寸、成本和进行修改以满足特定应用所需的工程设计时间。

通过采用放大器代替AD8662，可以优化该设计；放大器提供直接驱动旋变器所需的高输出电流，简化了设计，无需使用推挽级。

图 12 中的高电流驱动器采用高电流双通道运算放大器AD8397 该器件具有轨到轨输出，可以放大参考振荡器输出信号并对其进行电平转换，优化旋变器接口。AD8397 具有低失真、高输出电流和宽动态范围特性，非常适合与旋变器一同使用。在 32 Ω负载情况下，该器件具有 310 mA电流能力，无需使用传统的推挽级便可为旋变器提供所需的电源，从而简化驱动器电路，并降低功耗。翻版电路提供全差分信号，驱动初级绕组。AD8397 采用 8 引脚SOIC封装，额定工作温度 为–40°C至+125°C扩展工业温度范围。

图 12. 基于运算放大器 AD8397 的高电流参考缓冲器

可以修改无源元件值，以改变输出幅度和共模电压；输出幅度由放大器增益 R2/R1设置，而共模电压由R3 和 R4设置。

电容 C1 和电阻R2组成低通滤波器，最大程度降低EXC和EXC输出端的噪声。应当以最大程度降低载波的相移为标准选择电容。激励输出和正弦/余弦输入之间的总相移不应超过RDC的锁相范围。电容为可选元件，因为经典旋变器可以很好地过滤高频分量。

图 13 显示AD8397 参考缓冲器与传统推挽电路的对比。FFT分析仪测量AD2S1210 激励信号的基波和谐波功率。

图 13. 缓冲器 AD8397与推挽缓冲器 AD8662

在两种配置中，基波功率几乎没有差异，但缓冲器AD8397的谐波更低。虽然AD8397 电路的失真略低，但两个缓冲器的性能相当。相比传统电路，省略推挽级可以简化设计、减 少空间并降低功耗。

结论
与旋变数字转换器AD2S1210 一同使用时，旋变器可以为电 机控制应用的位置和速度测量提供高精度、性能稳定的控制系统。为了获得最佳的整体性能，需要使用基于AD8662 或 AD8397 的缓冲器电路以放大激励信号，同时提供旋变器所 需的驱动强度。为了使系统更为完整，可以按需采用基本输 入电路提供信号调理。如同所有混合信号机电一体化信号 链，设计精确系统时必须十分仔细地考虑到所有误差来源。 AD2S1210 具有可变的分辨率，可以生成参考信号，并集成 片内诊断功能，是旋变器应用的理想RDC解决方案。该器件同时提供工业级和汽车级产品。