用于感应同步器的数字变换芯片AD2S90

    摘要：AD2S90是AD公司生产的能以鉴相的方式对感应同步器信号进行数字化处理的专用芯片。它具有成本低、功耗小、功能多、所需外围元件少等优点，文中介绍了AD2S90数字变换芯片的引脚功能、工作原理及输出信号模式。同时给出了一个由AD2S90组成的单片机数显表的实现方案。

    关键词：鉴相 数字转换 集成电路 AD2S90

在国内外位置检测领域中，感应同步器由于其具有精度高、行程大、性能可靠等优点而得到广泛的应用。但对感应同步器的信号进行数字化变换是数显数控的一个关键环节。AD2S90是对感应同步器的输出信号进行数字变换的专用集成电路芯片。以AD2S90芯片为核心的感应同步器数字转换电路是有体积小、结构简单、可靠性高、易于调试和可输出多种信号模式等优点，可在机床的数字化改造中取得很好的应用效果。而目前国内的转换电路多采用分立元件和非专用芯片，但这些芯片体积庞大、结构复杂、调试困难、可靠性差，而且信号的输出格式很难与现有的数显控装置配接。

AD2S90具有低成本、低能耗、多功能等优点，工作时所需的外围元件甚少。该芯片采用差动输入，能以鉴相的方式完成对感应同步器输出信号的数字转换，同时可以以串行数据和仿增量编码器数据等两种输出模式使用户配接不同的数量数控。AD2S90的引脚排列如图1所示。

1 AD2S90的工作原理

该芯片一般应用于感应步器位置检测信号的数字化变换。现以感应同步器的滑尺（或转子，下同）输出信号作为AD2S90的输入信号来说明它的工作原理。感应同步器与AD2S90的连接如图2所示。

    应用时，由正弦波发生器和功率放大电路产生的一个大约10kHz的正弦波信号来作为感同步器定尺的激磁信号。随着滑尺的运动，滑尺上两个独立绕组感应输出的两个正弦波信号将被滑尺位置对应的机械角度θ所调相和调幅。这两个信号和正弦波发生器的参考正弦信号一起被送入AD2S90芯片的SIN、CON和REF端品。然后由AD2S90芯片以鉴相的方式将代表滑尺集团的角度θ转换成数字信号，此信号由串行数字输出端口或增量编码器端口输出。同时芯片还可提供滑尺位移的速度信号和位移的方向信号，并分别由VEL、CLKOUT和DIR端口输出。

    AD2S90芯片SIN、COS端的输入信号要求是频率为3～10kHz、振幅为2Vrms±10%的正弦信号，SCLK、CS输入端的最高和最低电位要求为3.5V和1.5V。

2 输出信号模式

AD2S90芯片具有多种模式的输出信号，用户可以根据本文叙述的各种输出模式和具体参数、波形以及使用要求与相应的电路或装置进行配接，以实现不同的功能。

2.1 串行数字输出方式

AD2S90芯片的串行数字读数周期如图3所示。当片选信号CS由高电平变为低电平时，位置数据将开始其串行输出周期。而从SCLK第二个脉冲的下降沿开始，数据线DATA便开始首先输出最高位。这样，在SCLK的连续12个脉冲的下降沿即可从DATA串行输出端口得到12位完整的位置数据。

将ADS90的串行数字输出口接到计算机的串行口可实现数据的串行传输，然后配以相应的显示装置或数控装置便可构成相应的数显或数控系统。

2.2 增置编码器输出方式

图4为AD2S90芯片的仿增量编码器输出信号波形图。其中NM信号有三种脉冲宽度可以选择，并由AD2S90的NMC输入信号加以控制。当NMC信号分别为+VDD、0、-Vss时，NM的脉冲宽度分别为90°、180°、360。

图5为AD2S90仿真量编码器输出信号的周期图。它仿真了一个1024脉冲的增量编码器，即在CLKOUT信号为高是电平的一个输出周期内，芯片输出1024个A、B脉冲，该脉冲数值同时也代表了数字变换的分辨率。当感应同步器的位移增加时，A信号超前于B信号。

增量编码器的输出信号为工业标准信号，该信号很容易和现有的数显、数控装置进行配接。

2.3 速度脉冲、位移方向和速度电压输出

在增量编码器信号输出的周期内，还可通过AD2S90的CLKOUTH和VEL端口来输出描述滑尺位移速度的脉冲信号和直流电压信号。以在DIR输出端得到构成A和B方向的编码逻辑输出。当感应同步器的滑尺位移增加时，DIR端为高电平。CLKOUT和DIR信号的输出周期如图5所示。通过这些信号，可以很方便地实现滑尺速度、方向的显示和控制。

3 AD2S90的应用

使用AD2S90实现的微机数显表的系统框图如图6所示。该数显表采用单片机作为位置数据的处理装置，可以通过编程来将数显表的位置显示方案及要求数显表应具备的功能编程送入微机。AD2S90能起到将感应同步器的信号进行数字变换的作用。使用时首先将位置信号经感应同步器检测后得到的位置信号被送入AD2S90芯片，并在变换成数字信息后通过串口送入微机，再由微机驱动显示装置将位置信息显示出来。由于AD2S90具有多种信号输出模式，因此图6所示的微机数显系统可以测量和显示多种物理量。当感应同步器为直线式时，可进行直线位置、运动方向、运动速度的测量和显示；当感应同步器为旋转式时，可以测量显示旋转角度、旋转角速度、转速和旋转方向等。这些测量可通过改变单片机的输入信号和改变单片机的控制程序来实现。