数模转换器如何助力激光打标系统提高精度

Other Parts Discussed in Post： DAC11001A， DAC91001

作者：Gavin Bakshi

即使销售了成百上千甚至上百万个产品，许多公司也会在他们售出的每一个产品上单独刻印自己的商标。商标的打标和商标的蚀刻是由激光打标机来完成的，这个过程需要非常高的精度。随着技术的进步，为了进行更精细的打标，这些系统的设计者面临着使激光打标机更加精确的压力。

使用高强度、低功率激光的激光打标机（图1）能在手机、手工工具、印刷电路板（PCB）等任何东西上蚀刻出非常精确的设计。为了达到所需的输出，需要借助一个精确的数模转换器（DAC）非常小心地引导激光器。

那么DAC是如何控制激光的呢？DAC负责提供非常精确的输出电压，该电压将被用作电机的模拟输入。DAC的每个特定模拟输入代码都与特定的电机位置有关。此电机负责移动镜子，该镜子可在x、y或z平面上重新放置，以引导和反射激光，并将其确定在终端设备上，以改变终端设备的材料表面并蚀刻商标、文本或条形码。参见图2。

图2：TI的DAC11001A为模拟电机控制环路提供输出

随着需要蚀刻的产品越来越小（如PCB和一些消费品），激光打标系统的精度必须提高。TI的DAC11001A和DAC91001分别具有20位和18位分辨率。分辨率作为一项重要参数，会转换为DAC输出可用的电压阶跃数量。例如，18位分辨率有262，144个唯一代码（见表1），允许从多个电机位置控制激光。20位的DAC具有1，048，576个唯一代码，提供了更细的粒度和更高的精度。

表1：DAC分辨率转换为代码数的计算（16到20位）

利用20位 DAC性能的激光打标系统还有哪些优势？如果电机的全转等于1弧度，你需要什么样的步长？相较于约1弧度的满量程范围，现有系统的分辨率为10微弧度。在理想情况下，这等同于18位的分辨率，但由于存在系统级的非线性，许多设计人员希望达到20位的分辨率。此时，DAC11001A可以通过提供将近四倍数量的输出代码，并通过扩展对电机进行更精细的控制。

另一个需要考虑的问题是电机振动。激光打标系统中的任何故障都会对最终蚀刻产生不利影响。由于控制环路具有多级传递函数，此类系统对电机残余振动非常敏感。从选择低振动电机到使用复杂控制系统逻辑，设计人员使用各种复杂的技术以优化性能。造成电机振动的一个关键因素是DAC由于输入代码到代码变化而产生的尖峰脉冲。DAC11001A和DAC91001具有非常低的1nV-s代码到代码、与代码无关的尖峰脉冲输出。这是通过集成跟踪保持电路实现的，该电路将DAC的输出与内部梯形电阻网络固有的代码变化引起的尖峰脉冲隔离。

正如我们所见，激光打标机必须处理许多变量以获得更高精度。DAC在解决这一问题中起着关键的作用，可以使设计人员的工作更加容易。具有更高的分辨率的创新解决方案可以提高精度、获得更好的防错性，这在激光打标系统设计中非常重要。

审核编辑：金巧