AD2S44：低成本14位双通道同步/旋转变压器数字转换器解析

在电子工程师的设计工作中，常常会遇到需要将同步/旋转变压器信号转换为数字信号的场景。而AD2S44这款产品，为我们提供了一个优秀的解决方案。今天，我们就来深入了解一下AD2S44这款低成本、高性能的14位双通道同步/旋转变压器数字转换器。

文件下载：AD2S44-TM11B.pdf

一、AD2S44的特性与应用

特性亮点

AD2S44具有诸多令人瞩目的特性。首先，它实现了低每通道成本，采用32引脚DIL混合封装，能在有限的空间内完成信号转换任务。其精度高达2.6弧分，拥有14位的分辨率，能够精确地将模拟信号转换为数字信号。内置测试功能可以在故障安全系统中提供转换器是否准确跟踪的指示。独立的参考输入允许每个通道使用不同的参考频率，增加了设计的灵活性。高跟踪速率则保证了它能快速响应输入信号的变化。

广泛应用

这款转换器在多个领域都有广泛的应用。在云台/陀螺仪控制系统中，它能精确地将传感器的信号转换为数字信号，实现对云台和陀螺仪的精准控制；在机器人领域，可用于机器人关节的角度测量和控制；在发动机控制器中，为发动机的精确控制提供关键数据；在坐标转换、军事伺服控制系统、火控系统、航空电子系统以及天线监测等方面也发挥着重要作用，同时还适用于CNC机床加工，提高加工精度。

二、产品详细描述

整体设计

AD2S44是一款14位双通道、连续跟踪的同步/旋转变压器数字转换器，专为对空间、重量和成本要求较高的应用而设计。每个32引脚混合器件包含两个独立的II型伺服环路跟踪转换器，采用比例转换技术，具有出色的抗噪能力和对长引线长度的耐受性。

核心技术

其转换核心采用了ADI公司专有的BiMOS II工艺制造的先进单片集成电路，将低功耗CMOS数字逻辑与双极线性电路的优势相结合，减少了内部组件数量，确保了高可靠性。

信号处理

每个通道都包含一个高精度差分调理电路，用于信号输入，共模抑制比超过74dB。支持同步和旋转变压器格式的输入选项，转换器输出通过三态透明锁存器实现，允许在不中断转换器操作的情况下读取数据。通过A/B和OE控制线可以选择通道并将数字位置数据呈现到公共数据输出端。

三、规格参数分析

性能参数

在性能方面，AD2S44在不同温度范围内都有良好的表现。例如，AD2S44 - UMB2在 - 55°C至 + 125°C温度范围内，精度为 - 4.0至 + 4.0弧分；在 - 25°C至 + 85°C范围内，精度为 - 2.6至 + 2.6弧分。其跟踪速率为20转/秒，分辨率为14位（1 LSB = 1.3弧分），输出编码为并行自然二进制，重复性为1 LSB。信号/参考频率范围为400 - 2600 Hz，带宽为100 Hz。

输入输出参数

信号输入方面，信号电压有11.8V或90V rms可选，不同电压下输入阻抗也不同。参考输入的参考电压有26V或115V rms可选，输入阻抗在不同电压下也有相应规定。数字输入和输出也有明确的电压和电流参数要求。

绝对最大额定值

了解绝对最大额定值对于正确使用AD2S44至关重要。例如，+VS到GND的最大电压为 + 17.25V dc， - VS到GND的最大电压为 - 17.25V dc，任何逻辑输入到GND的最大电压为 + 6.0V dc，最小电压为 - 0.4V dc等。超出这些额定值可能会对器件造成永久性损坏。

四、工作原理与连接方法

工作原理

AD2S44基于跟踪原理工作，输出数字字会持续跟踪同步/旋转变压器轴的位置，无需外部转换命令和状态等待循环。当传感器移动到相当于最低有效位权重的位置时，输出数字字会更新。每个通道的操作相同，共享电源和输出引脚，两个通道可以连续且独立地工作。

连接方法

在连接转换器时，需要注意电源电压的极性，连接到 - Vs和 + Vs的电源电压应为 ± 15V且不能反转。建议在每个电源引脚和GND之间并联一个100nF陶瓷电容和一个6.8µF钽电容。GND引脚应连接到系统的0V电位。数字输出从Pin 26到Pin 32以及Pin 1到Pin 7引出，Pin 26为最高有效位，Pin 7为最低有效位。参考连接分别连接到RHI引脚和RLO引脚，同步和旋转变压器的信号连接有相应的规定。

五、功能控制与测试

通道选择

A/B是通道选择输入，逻辑1选择通道A，逻辑0选择通道B。数据在A/B切换后640ns变得有效。

输出使能

OE是输出使能输入，信号为低电平有效。当设置为逻辑1时，DB1到DB14处于高阻抗状态；当设置为逻辑0时，DB1到DB14表示转换器规定精度内的传感器轴角度。数据在OE切换后640ns变得有效。

内置测试

BIT是内置测试错误输出，为通过A/B选择的通道提供过速或故障指示信号。每个通道的误差电压会被持续监测，当误差超过当前所选通道的 ± 50位时，BIT输出变为低电平，表示存在大于约1度的角度误差，此时数据无效。BIT信号具有内置滞后功能，能避免在误差阈值附近闪烁。

六、动态性能与可靠性

动态性能

AD2S44的转换器传递函数包括开环和闭环传递函数。开环传递函数为 (frac{theta{OUT }}{theta{I N}}=frac{K{a}}{s^{2}} × frac{1+s T{1}}{1+s T{2}})，闭环传递函数为 (frac{theta{OUT }}{theta{I N}}=frac{1+s T{1}}{1+s T{1}+s^{2} / K{a}+s^{3} T{2} / K{a}})，其中 (K{a}=62000 sec^{-2})，(T{1}=0.0061 sec)，(T_{2}=0.001 sec)。通过增益和相位图可以更直观地了解其动态性能。

加速度误差

采用II型伺服环路的跟踪转换器不会出现速度滞后，但会因加速度产生额外误差。加速度常数 (K{a}) 可用于预测输入加速度导致的输出位置误差。例如，当加速度为50转/秒²，(K{a}=62000) 时，输出误差为13.2 LSB。

可靠性保障

AD2S44的可靠性很高，这得益于大量使用定制芯片电路，减少了有源组件数量。通过特定的高可靠性制造工艺，如预封装目视检查、温度循环、恒定加速度测试、老化测试等，进一步提高了产品的可靠性。

七、订购信息

订购指南

AD2S44有多种型号可供选择，如AD2S44 - TM11B、AD2S44 - TM12B等，不同型号在温度范围、封装等方面可能有所不同。在订购时，转换器的部件编号需要后缀一个两位字母代码来定义精度等级，以及一个两位数字代码来定义信号/参考电压和频率。

特殊需求

对于非标准配置，可以联系ADI公司获取更多信息。

AD2S44凭借其出色的性能、灵活的设计和高可靠性，为电子工程师在同步/旋转变压器数字转换领域提供了一个优秀的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择和使用这款转换器，以达到最佳的设计效果。大家在使用AD2S44的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享。