分辨率可变、10位至16位R/D 转换器，内置参考振荡器 AD2S1210 功能框图 产品特性 直流和交流伺服电机控制 编码器仿真 电动助力转向 电动汽车 集成的启动发电机/交流发电机 汽车运动检测与控制 概述 AD2S1210是一款10位至16位分辨率旋变数字转换器，集成 片上可编程正弦波振荡器，为旋变器提供正弦波激励。 转换器的正弦和余弦输入端允许输入3.15 V p-p ± 27%、频率 为2 kHz至20 kHz范围内的信号。Type II伺服环路用于跟踪 输入信号，并将正弦和余弦输入端的信息转换为输入角度 和速度所对应的数字量。最大跟踪速率为3125 rps。 REFERENCE PINS CRYSTAL VOLTAGE REFERENCE INTERNAL CLOCK GENERATOR SYNTHETIC REFERENCE AD2S1210 ADC INPUTS FROM RESOLVER TYPE II TRACKING LOOP FAULT DETECTION FAULT DETECTION OUTPUTS ADC POSITION REGISTER ENCODER EMULATION OUTPUTS VELOCITY REGISTER CONFIGURATION REGISTER DATA I/O MULTIPLEXER DATA BUS OUTPUT DATA I/O RESET 07467-001 应用 REFERENCE OSCILLATOR (DAC) EXCITATION OUTPUTS ENCODER EMULATION 完整的单芯片旋变数字转换器 最大跟踪速率：3125 rps(10位分辨率) 精度：±2.5弧分 分辨率：10/12/14/16位，由用户设置 并行和串行10位至16位数据端口 绝对位置与速度输出 系统故障检测 可编程故障检测阈值 差分输入 增量式编码器仿真 内置可编程正弦波振荡器 兼容DSP和SPI接口标准 电源电压：5 V，逻辑接口电压2.3 V至5 V 额定温度范围：−40°C至+125°C 图1. 产品特色 1. 比率跟踪转换。Type II跟踪环路能够连续输出位置数据， 且没有转换延迟。它还可以抑制噪声，并提供参考和输 入信号的谐波失真容限。 2. 系统故障检测。故障检测电路可以检测旋变的信号丢失、 超范围输入信号、输入信号失配或位置跟踪丢失。各故 障检测阈值可以由用户单独编程，以便针对特定应用进 行优化。 3. 输入信号范围。正弦和余弦输入端支持3.15 V p-p ± 27%的 差分输入电压。 4. 可编程激励频率。可以轻松地将激励频率设置为2 kHz至 20 kHz范围内的多个标准频率。 5. 3倍格式位置数据。通过16位并行端口或4线串行接口可 以访问10位至16位绝对角位置数据。增量式编码器仿真 采用标准A-quad-B格式，并提供方向输出。 6. 数字速度输出。通过16位并行端口或4线串行接口可以访 问10位至16位带符号的数字量速度。 Rev. A Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2008–2010 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 AD2S1210 目录 产品特性 ......................................................................................... 1 应用.................................................................................................. 1 功能框图 ......................................................................................... 1 概述.................................................................................................. 1 产品特色 ......................................................................................... 1 修订历史 ......................................................................................... 2 技术规格 ......................................................................................... 3 时序规格.................................................................................... 6 绝对最大额定值............................................................................ 8 ESD警告..................................................................................... 8 引脚配置和功能描述 ................................................................... 9 典型性能参数 .............................................................................. 11 旋变格式信号 .............................................................................. 15 工作原理 ....................................................................................... 16 旋变-数字转换 ....................................................................... 16 故障检测电路 ......................................................................... 16 片上可编程正弦波振荡器 ................................................... 18 合成参考生成 ......................................................................... 18 AD2S1210配置............................................................................. 20 工作模式................................................................................. 20 寄存器映射................................................................................... 21 位置寄存器 ............................................................................. 21 速度寄存器 ............................................................................. 21 LOS阈值寄存器...................................................................... 21 DOS超量程阈值寄存器........................................................ 21 DOS失配阈值寄存器............................................................ 21 DOS复位最大和最小阈值寄存器 ...................................... 22 LOT上限寄存器 ..................................................................... 22 LOT下限寄存器 ..................................................................... 22 激励频率寄存器..................................................................... 22 控制寄存器 ............................................................................. 22 软件复位寄存器..................................................................... 23 故障寄存器 ............................................................................. 23 数字接口 ....................................................................................... 24 SOE输入................................................................................... 24 SAMPLE输入 .......................................................................... 24 数据格式.................................................................................. 24 并行接口.................................................................................. 24 串行接口.................................................................................. 28 增量式编码器输出 ................................................................ 31 上电时序控制和复位............................................................ 31 电路动态特性 .............................................................................. 32 环路响应模型 ......................................................................... 32 误差源 ...................................................................................... 33 外形尺寸 ....................................................................................... 34 订购指南.................................................................................. 34 修订历史 2012年10月—修订版0至修订版A 更改“典型性能参数”部分 ................................................... 11, 12 更改“订购指南”部分.................................................................. 34 2008年8月—版本0：初始版 Rev. A | Page 2 of 36 AD2S1210 技术规格 除非另有说明，AVDD = DVDD = 5.0 V ± 5%，CLKIN = 8.192 MHz ± 25%，EXC频率 = 10 kHz至20 kHz(10位)、6 kHz至20 kHz(12位)、 3 kHz至12 kHz(14位)、2 kHz至10 kHz(16位)；TA = TMIN至TMAX1。 表1. 参数 正弦、余弦输入2 电压幅度 输入偏置电流 输入阻抗 锁相范围 共模抑制 角度精度3 角度精度 最小值 典型值 最大值 单位 条件/注释 2.3 3.15 4.0 8.25 V p-p µA kΩ 度 弧秒/V 正弦波形，差分SIN至SINLO，COS至COSLO VIN = 4.0 V p-p, CLKIN = 8.192 MHz VIN = 4.0 V p-p, CLKIN = 8.192 MHz 正弦/余弦与EXC输出的关系，控制寄存器D3 = 0 10 Hz至1 MHz，控制寄存器D4 = 0 ±5 + 1 LSB ±10 + 1 LSB 弧分 弧分 位 B、D级 A、C级 无失码 ±1 ±2 ±2 ±4 ±4 ±8 ±16 ±32 ±0.9 LSB LSB LSB LSB LSB LSB LSB LSB LSB LSB B、D级 A、C级 B、D级 A、C级 B、D级 A、C级 B、D级 A、C级 ±2 ±4 ±2 ±4 ±4 ±8 ±16 ±32 LSB LSB LSB LSB LSB LSB LSB LSB 位 B、D级，零加速度 A、C级，零加速度 B、D级，零加速度 A、C级，零加速度 B、D级，零加速度 A、C级，零加速度 B、D级，零加速度 A、C级，零加速度 6500 5300 2800 2200 1500 1200 350 275 Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz 485 −44 +44 ±20 ±2.5 + 1 LSB ±5 + 1 LSB 10, 12, 14, 16 分辨率 积分非线性(INL) 10位 12位 14位 16位 微分非线性(DNL) 可重复性 速度输出 速度精度4 10位 ±1 12位 14位 16位 分辨率5 动态性能 带宽 10位 12位 14位 16位 9, 11, 13, 15 2000 2900 900 1200 400 600 100 125 Rev. A | Page 3 of 36 CLKIN = 8.192 MHz CLKIN = 8.192 MHz CLKIN = 8.192 MHz CLKIN = 8.192 MHz AD2S1210 参数 最小值 典型值 跟踪速率 10位 12位 14位 16位 加速度误差 10位 12位 14位 16位 建立时间10°阶跃输入 10位 12位 14位 16位 建立时间179°阶跃输入 10位 12位 14位 16位 EXC、EXC输出 电压 中心电压 频率 EXC/EXC直流失配 EXC/EXC交流失配 总谐波失真(THD) 基准电压源 REFOUT 温漂 PSRR CLKIN, XTALOUT 6 输入低电压VIL 输入高电压VIH 最大值 单位 条件/注释 3125 2500 1250 1000 625 500 156.25 125 rps CLKIN = 10.24 MHz CLKIN = 8.192 MHz CLKIN = 10.24 MHz CLKIN = 8.192 MHz CLKIN = 10.24 MHz CLKIN = 8.192 MHz CLKIN = 10.24 MHz CLKIN = 8.192 MHz 30 30 30 30 rps rps rps 弧分 弧分 弧分 弧分 50,000 rps2，CLKIN = 8.192 MHz 10,000 rps2，CLKIN = 8.192 MHz 2500 rps2，CLKIN = 8.192 MHz 125 rps2，CLKIN = 8.192 MHz 0.6 2.2 6.5 27.5 0.9 3.1 9.0 40 ms ms ms ms 建立至±2 LSB，CLKIN = 8.192 MHz 建立至±2 LSB，CLKIN = 8.192 MHz 建立至±2 LSB，CLKIN = 8.192 MHz 建立至±2 LSB，CLKIN = 8.192 MHz 1.5 4.75 10.5 45 2.2 6.0 14.7 66 ms ms ms ms 建立至±2 LSB，CLKIN = 8.192 MHz 建立至±2 LSB，CLKIN = 8.192 MHz 建立至±2 LSB，CLKIN = 8.192 MHz 建立至±2 LSB，CLKIN = 8.192 MHz 3.2 3.6 4.0 V p-p 负载±100 μA，典型差分输出 (EXC至EXC)= 7.2 V p-p 2.40 2 2.47 2.53 20 30 100 V kHz mV mV dB −58 2.40 2.47 100 −60 2.53 V ppm/°C dB 0.8 V V 0.8 0.7 VDRIVE = 2.7 V至5.25 V VDRIVE = 2.3 V至2.7 V VDRIVE = 2.7 V至5.25 V VDRIVE = 2.3 V至2.7 V RES0、RES1、RD、WR/FSYNC、A0、A1和 RESET引脚 2.0 逻辑输入 输入低电压VIL 低电平输入电流IIL(无上拉) 10 V V V V µA 低电平输入电流IIL(上拉) 80 µA 输入高电压VIH 高电平输入电流IIH 逻辑输出 输出低电压VOL 输出高电压VOH 高电平三态漏电流IOZH 低电平三态漏电流IOZL 前5个谐波 2.0 1.7 −10 ±IOUT = 100 µA µA 0.4 2.4 2.0 −10 10 Rev. A | Page 4 of 36 V V V µA µA VDRIVE = 2.3 V至5.25 V VDRIVE = 2.7 V至5.25 V VDRIVE = 2.3 V至2.7 V AD2S1210 参数 电源要求 AVDD DVDD VDRIVE 电源 IAVDD IDVDD IOVDD 1 2 3 4 5 6 最小值 4.75 4.75 2.3 典型值 最大值 单位 5.25 5.25 5.25 V V V 12 35 2 mA mA mA 条件/注释 温度范围如下：A、B级：–40°C至+85°C；C、D级：–40°C至+125°C。 相对于AGND的SIN、SINLO、COS和COSLO电压必须始终在0.15 V至AVDD − 0.2 V范围内。 角度精度参数内的所有技术规格均是在恒定速度，即零加速度下进行测试。 速度精度规格包括速度失调和动态纹波。 例如，当RES0 = 0且RES1 = 1时，位置输出的分辨率为12位。速度输出的分辨率为11位，MSB表示旋转方向。本例中，对于8.192 MHz的CLKIN频率，速度 LSB为0.488 rps，即1000 rps/(211)。 AD2S1210的时钟频率可以利用晶振提供，或者直接来自DSP/微控制器数字输出。当使用直接来自DSP/微控制器的单端时钟信号时，XTALOUT引脚应保持 开路，逻辑电平采用表1逻辑输入参数下所列的值。 Rev. A | Page 5 of 36 AD2S1210 时序规格 除非另有说明，AVDD = DVDD = 5.0 V ± 5%，TA = TMIN至TMAX1。 表2. 参数 说明 在TMIN、TMAX的限值 单位 fCLKIN 时钟输入频率 tCK 时钟周期( = 1/fCLKIN) t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 RD/CS低电平之前的A0和A1建立时间 CS下降沿至WR/FSYNC上升沿的延迟时间 写入周期中的地址/数据建立时间 写入周期中的地址/数据保持时间 6.144 10.24 98 163 2 22 3 2 2 10 2 × tCK + 20 2 6 × tCK + 20 2 2 MHz(最小值) MHz(最大值) ns(最小值) ns(最大值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) 37 25 30 2 16 16 2 2 × tCK + 20 6 × tCK + 20 2 ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) 17 21 33 6 ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) 36 37 29 3 ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) 16 26 29 ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) 24 18 32 0.4 × tSCLK 0.4 × tSCLK 3 2 ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) t13 t14A t14B t15 t16 t17 t18 t19 t20 t21 t22 t23 t24 t25 t26 t27 t28 WR/FSYNC上升沿至CS上升沿的延迟时间 CS上升沿至CS下降沿的延迟时间 写入地址与写入数据之间的延迟时间 WR/FSYNC上升沿之后的A0和A1保持时间 连续写入周期之间的延迟时间 WR/FSYNC上升沿与RD下降沿之间的延迟时间 CS下降沿至RD下降沿的延迟时间 配置模式下RD低电平至数据有效的使能延迟时间 VDRIVE = 4.5 V至5.25 V VDRIVE = 2.7 V至3.6 V VDRIVE = 2.3 V至2.7 V RD上升沿到CS上升沿 RD高电平至数据高阻态的禁用延迟时间 CS高电平至数据高阻态的禁用延迟时间 RD上升沿与WR/FSYNC下降沿之间的延迟时间 SAMPLE脉冲宽度 RD/CS变为低电平之前的SAMPLE延迟时间 RD低电平之前的RD保持时间 RD/CS低电平至数据有效的使能延迟时间 VDRIVE = 4.5 V至5.25 V VDRIVE = 2.7 V至3.6 V VDRIVE = 2.3 V至2.7 V RD脉冲宽度 RD/CS低电平时A0和A1建立时间至数据有效的时间 VDRIVE = 4.5 V至5.25 V VDRIVE = 2.7 V至3.6 V VDRIVE = 2.3 V至2.7 V WR/FSYNC下降沿至SCLK上升沿的延迟时间 WR/FSYNC下降沿至SDO解除高阻态的延迟时间 VDRIVE = 4.5 V至5.25 V VDRIVE = 2.7 V至3.6 V VDRIVE = 2.3 V至2.7 V SCLK上升沿至DBx有效的延迟 VDRIVE = 4.5 V至5.25 V VDRIVE = 2.7 V至3.6 V VDRIVE = 2.3 V至2.7 V SCLK高电平时间 SCLK低电平时间 SCLK下降沿之前的SDI建立时间 SCLK下降沿之后的SDI保持时间 Rev. A | Page 6 of 36 AD2S1210 参数 t29 t30 t31 t32 t33 t34 fSCLK 1 2 说明 WR/FSYNC上升沿至SDO高阻态的延迟时间 WR/FSYNC下降沿之前的SAMPLE延迟时间 普通模式下CS下降沿至WR/FSYNC下降沿的延迟时间 WR/FSYNC下降沿之前的A0和A1建立时间 WR/FSYNC下降沿之后的A0和A1保持时间2 普通模式下，A0 = 0，A1 = 0/1 配置模式下，A0 = 1，A1 = 1 WR/FSYNC上升沿至WR/FSYNC下降沿的延迟时间 SCLK输入频率 VDRIVE = 4.5 V至5.25 V VDRIVE = 2.7 V至3.6 V VDRIVE = 2.3 V至2.7 V 在TMIN、TMAX的限值 15 6 × tCK + 20 ns 2 2 单位 ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) 24 × tCK + 5 ns 8 × tCK + 5 ns 10 ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) 20 25 15 MHz MHz MHz 温度范围如下：A、B级：–40°C至+85°C；C、D级：–40°C至+125°C。 在串行回读期间内，A0和A1应保持不变。要回读8位故障信息和16位位置/速度数据，可能需要24个时钟周期。如果不需要故障信息，可以在16个时钟周 期之后释放A0/A1。 Rev. A | Page 7 of 36 AD2S1210 绝对最大额定值 表3. 参数 AVDD至AGND, DGND DVDD至AGND, DGND VDRIVE至AGND, DGND AVDD至DVDD AGND至DGND 模拟输入电压至AGND 数字输入电压至DGND 数字输出电压至DGND 模拟输出电压摆幅 输入电流至除电源外的任何引脚1 工作温度范围(环境) A、B级 C、D级 存储温度范围 θJA热阻2 θJA热阻2 符合RoHS标准回流焊温度 ESD 1 2 额定值 −0.3 V至+7.0 V −0.3 V至+7.0 V −0.3 V至AV DD −0.3 V至+0.3 V −0.3 V至+0.3 V −0.3 V至AVDD + 0.3 V −0.3 V至VDRIVE + 0.3 V −0.3 V至VDRIVE + 0.3 V −0.3 V至AVDD + 0.3 V ±10 mA 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性 损坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其 他超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器 件能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影 响器件的可靠性。 ESD警告 −40°C至+85°C −40°C至+125°C −65°C至+150°C 54°C/W 15°C/W 260(−5/+0)oC 2 kV HBM 最高100 mA的瞬态电流不会造成闩锁。 JEDEC 2S2P标准板。 Rev. A | Page 8 of 36 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。尽 管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高能量 ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当的ESD 防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。 AD2S1210 A0 EXC AGND EXC SIN SINLO COS COSLO AVDD REFOUT REFBYP RES0 引脚配置和功能描述 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 RES1 1 36 A1 PIN 1 CS 2 35 DOS 34 LOT RD 3 WR/FSYNC 4 33 RESET DGND 5 32 DIR AD2S1210 DVDD 6 31 NM TOP VIEW (Not to Scale) CLKIN 7 30 B XTALOUT 8 29 A SOE 9 28 DB0 SAMPLE 10 27 DB1 DB15/SDO 11 26 DB2 DB14/SDI 12 25 DB3 07467-002 DB4 DB5 DB6 DB7 DB8 DGND VDRIVE DB9 DB10 DB11 DB12 DB13/SCLK 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 图2. 引脚配置 表4. 引脚功能描述 引脚 编号 1 2 3 引脚名称 RES1 CS RD 4 WR/FSYNC 5, 19 DGND 6 DVDD 7 CLKIN 8 XTALOUT 9 SOE 10 SAMPLE 11 DB15/SDO 12 DB14/SDI 说明 分辨率选择1。逻辑输入。利用RES1和RES0，可以对AD2S1210的分辨率进行编程。参见AD2S1210配置部分。 片选。低电平有效逻辑输入。CS保持低电平时，器件使能。 边沿触发的逻辑输入。SOE引脚为高电平时，该引脚用作并行数据输出DB15至DB0的帧同步信号和输出使能信 号。CS和RD保持低电平时，输出缓冲器使能。SOE引脚为低电平时，RD引脚应保持高电平。 边沿触发的逻辑输入。SOE引脚为高电平时，该引脚用作并行数据输入DB7至DB0的帧同步信号和输入使能信号。 CS和WR/FSYNC保持低电平时，输入缓冲器使能。 SOE引脚为低电平时，WR/FSYNC引脚用作串行数据总线的帧同步信号和使能信号。 数字地。这些引脚是AD2S1210数字电路的接地基准点。所有数字输入信号都参照此DGND电压。这两个引脚均 可以连到系统的AGND平面。DGND和AGND电压在理想情况下应保持等电位，并且电位差(甚至在瞬态电压存在 情况时)不得超过0.3 V。 数字电源电压(4.75 V至5.25 V)引脚。为AD2S1210的所有数字电路提供电源电压。AVDD和DVDD电压在理想情况下 应保持等电位，并且电位差(甚至在瞬态电压存在情况时)不得超过0.3 V。 时钟输入。可以将晶振或振荡器用在CLKIN和XTALOUT引脚，以提供AD2S1210需要的时钟频率。或者，也可以 将一个单端时钟施加于CLKIN引脚。AD2S1210的额定输入频率范围为6.144 MHz至10.24 MHz。 晶体振荡器输出。当利用晶振或振荡器提供AD2S1210所需的时钟频率时，应将晶振施加在CLKIN和XTALOUT引 脚上。当使用单端时钟源时，应将XTALOUT引脚视为不连接引脚。 串行输出使能。逻辑输入。该引脚使能并行或串行接口。SOE引脚保持低电平时，选择串行接口；SOE引脚保 持高电平时，选择并行接口。 采样结果。逻辑输入。SAMPLE信号发生高电平至低电平转换后，数据从位置和速度积分器传输到位置和速度 寄存器，故障寄存器也会进行更新。 数据位15/串行数据输出总线。SOE引脚为高电平时，该引脚用作DB15：一个由CS和RD控制的三态数据输出引 脚。SOE引脚为低电平时，该引脚用作SDO，即由CS和WR/FSYNC控制的串行数据输出总线。各位在SCLK的上 升沿逐个输出。 数据位14/串行数据输入总线。SOE引脚为高电平时，该引脚用作DB14：一个由CS和RD控制的三态数据输出引 脚。SOE引脚为低电平时，该引脚用作SDI，即由CS和WR/FSYNC控制的串行数据输入总线。各位在SCLK的下降 沿逐个输入。 Rev. A | Page 9 of 36 AD2S1210 引脚 编号 13 引脚名称 DB13/SCLK 14至 17 18 DB12至 DB9 VDRIVE 20 21至 28 29 DB8 DB7至DB0 30 B 31 NM 32 DIR 33 RESET 34 35 LOT DOS 36 37 38 A1 A0 EXC 39 EXC 40 AGND 41 42 43 SIN SINLO AVDD 44 45 46 47 48 COSLO COS REFBYP REFOUT RES0 A 说明 数据位13/串行时钟。并行模式下，该引脚用作DB13：一个由CS和RD控制的三态数据输出引脚。串行模式下， 该引脚用作串行时钟输入。 数据位12至数据位9。由CS和RD控制的三态数据输出引脚。 逻辑电源输入。此引脚的电源电压决定逻辑接口的工作电压。对此引脚去耦至DGND。此引脚的电压范围为2.3 V 至5.25 V，可以与AVDD和DVDD的电压范围不同，但不得超过任何一者0.3 V以上。 数据位8。由CS和RD控制的三态数据输出引脚。 数据位7至数据位0。由CS、RD和WR/FSYNC控制的三态数据输入/输出引脚。 增量式编码器仿真输出A。逻辑输出。此输出自动运行；如果施加于转换器的旋变器格式输入信号有效，则此 输出有效。 增量式编码器仿真输出B。逻辑输出。此输出自动运行；如果施加于转换器的旋变器格式输入信号有效，则此 输出有效。 North Marker增量式编码器仿真输出。逻辑输出。此输出自动运行；如果施加于转换器的旋变器格式输入信号有 效，则此输出有效。 方向。逻辑输出。此输出与增量式编码器仿真输出一同使用。DIR输出指示输入旋转的方向，角旋转不断增大 时为高电平。 复位。逻辑输入。AD2S1210需要一个外部复位信号使RESET输入保持低电平，直到VDD达到规定的工作电压范围 4.75 V至5.25 V以内。 跟踪丢失。逻辑输出。LOT由LOT引脚为逻辑低电平(不闩锁)来表示。参见位置跟踪检测丢失部分。 信号降级。逻辑输出。当旋变输入(正弦或余弦)超过规定的DOS正弦/余弦阈值时，或者当正弦输入电压与余弦 输入电压之间出现幅度失配时，就会检测到信号降级(DOS)。DOS由DOS引脚为逻辑低电平来表示。参见信号降 级检测部分。 模式选择1。逻辑输入。利用A1和A0可以选择AD2S1210的模式。参见AD2S1210配置部分。 模式选择0。逻辑输入。利用A0和A1可以选择AD2S1210的模式。参见AD2S1210配置部分。 激励频率。模拟输出。片上振荡器向旋变器提供正弦波激励信号(EXC)及其互补信号(EXC)。该参考信号的频率 可通过激励频率寄存器进行编程。 激励频率。模拟输出。片上振荡器向旋变器提供正弦波激励信号(EXC)及其互补信号(EXC)。该参考信号的频率 可通过激励频率寄存器进行编程。 模拟地。该引脚是AD2S1210模拟电路的接地基准点。所有模拟输入信号和外部基准信号都参照此AGND电压。 AGND引脚连到系统的AGND平面。AGND和DGND电压在理想情况下应保持等电位，并且电位差(甚至在瞬态电 压存在情况时)不得超过0.3 V。 差分对SIN/SINLO的正模拟输入。输入范围为2.3 V p-p至4.0 V p-p。 差分对SIN/SINLO的负模拟输入。输入范围为2.3 V p-p至4.0 V p-p。 模拟电源电压输入；电压值范围为4.75 V至5.25 V。该引脚为AD2S1210上的所有模拟电路提供电源电压。AVDD和 DVDD电压在理想情况下应保持等电位，并且电位差(甚至在瞬态电压存在情况时)不得超过0.3 V。 差分对COS/COSLO的负模拟输入。输入范围为2.3 V p-p至4.0 V p-p。 差分对COS/COSLO的正模拟输入。输入范围为2.3 V p-p至4.0 V p-p。 基准电压旁路。基准电压去耦电容连在此引脚。典型推荐值为10 μF和0.01 μF。 基准电压输出。 分辨率选择0。逻辑输入。利用RES0和RES1，可以对AD2S1210的分辨率进行编程。参见AD2S1210配置部分。 Rev. A | Page 10 of 36 AD2S1210 典型性能参数 除非另有说明，TA = 25°C，AVDD = DVDD = VDRIVE = 5 V，SIN/SINLO = 3.15 V p-p，COS/COSLO = 3.15 V p-p，CLKIN = 8.192 MHz。 5000 9000 4500 8000 4000 3500 HITS PER CODE HITS PER CODE 7000 6000 5000 4000 3000 2500 2000 1500 3000 1000 2000 500 07467-006 8178 8179 8180 8181 8182 8183 8184 8185 8186 8187 8188 8189 8190 8191 8192 8193 8194 8195 8196 8197 8198 8199 8200 8201 8199 CODE 0 07467-003 8198 8197 8196 8195 8194 8193 8192 8191 8190 8189 8188 8186 8187 8185 8184 8183 8182 8181 1000 CODE 图3. 典型16位角度精度码直方图，10,000次采样 图6. 典型12位角度精度码直方图，10,000次采样，迟滞禁用 8000 12000 7000 10000 HITS PER CODE 6000 8000 HITS PER CODE 5000 4000 3000 6000 4000 2000 0 07467-004 CODE 8199 8198 8197 8196 8195 8194 8193 8192 8191 8190 8189 8188 8187 8186 8185 8184 8183 8182 8181 0 510 511 512 CODES 513 07467-017 2000 1000 514 图7. 典型12位角度精度码直方图，10,000次采样，迟滞使能 图4. 典型14位角度精度码直方图，10,000次采样，迟滞禁用 1400 12000 1200 10000 800 4000 400 2000 200 0 0 2046 2047 2048 CODES 2049 2050 CODE 图5. 典型14位角度精度码直方图，10,000次采样，迟滞使能 07467-018 600 8176 8177 8178 8179 8180 8181 8182 8183 8184 8185 8186 8187 8188 8189 8190 8191 8192 8193 8194 8195 8196 8197 8198 8199 8200 HITS PER CODE 6000 07467-005 HITS PER CODE 1000 8000 图8. 典型10位角度精度码直方图，10,000次采样，迟滞禁用 Rev. A | Page 11 of 36 AD2S1210 20 12000 18 16 14 8000 ANGLE (Degrees) HITS PER CODE 10000 6000 4000 12 10 8 6 4 2000 129 130 0 0 0.50 1.00 20 18 18 16 16 14 14 ANGLE (Degrees) 20 12 10 8 6 12 16 20 24 TIME (ms) 28 32 36 40 0 0 0.25 0.50 225 16 200 14 175 ANGLE (Degrees) 250 18 12 10 8 6 4 5 6 TIME (ms) 7 2.50 72 80 75 25 3 2.00 100 2 2 1.75 125 50 1 1.00 1.25 1.50 TIME (ms) 150 4 8 9 10 0 07467-009 ANGLE (Degrees) 20 0 0.75 图13. 典型10位10°阶跃响应 图10. 典型16位10°阶跃响应 0 2.25 6 2 8 5.00 8 2 4 4.50 10 4 0 4.00 12 4 0 3.50 图12. 典型12位10°阶跃响应 07467-010 ANGLE (Degrees) 图9. 典型10位角度精度码直方图，10,000次采样，迟滞使能 1.50 2.00 2.50 3.00 TIME (ms) 07467-007 128 CODES 图11. 典型14位10°阶跃响应 0 8 16 24 32 40 48 TIME (ms) 56 图14. 典型16位179°阶跃响应 Rev. A | Page 12 of 36 64 07467-014 127 07467-038 126 07467-008 2 0 250 5 225 0 –5 175 –10 150 125 100 75 –25 –40 4 6 8 10 12 TIME (ms) 14 16 18 20 16-BIT –30 25 2 –45 1 10 0 225 –20 200 –40 175 –60 PHASE (Degrees) 150 125 100 100k 10-B IT 14-B IT –80 12-B IT –100 –120 16-B IT –140 75 –160 –180 25 1 2 3 4 5 6 TIME (ms) 7 8 9 10 07467-012 –200 0 1 10 图16. 典型12位179°阶跃响应 100 1k F R E Q U E N C Y (H z) 10k 100k 2000 2500 图19. 典型系统相位响应 10 225 9 200 8 TRACKING ERROR (Degrees) 250 175 150 125 100 75 50 25 7 6 5 4 3 2 0 1 2 3 TIME (ms) 4 5 0 图17. 典型10位179°阶跃响应 0 500 1000 1500 ACCELERATION (rps2) 图20. 典型16位跟踪误差与加速度的关系 Rev. A | Page 13 of 36 07467-022 1 07467-011 ANGLE (Degrees) 10k 07467-016 ANGLE (Degrees) 250 50 0 100 1k FREQUENCY (Hz) 图18. 典型系统幅频响应 图15. 典型14位179°阶跃响应 0 12-BIT –20 –35 0 14-BIT –15 50 0 10-BIT 07467-015 MAGNITUDE (dB) 200 07467-013 ANGLE (Degrees) AD2S1210 10 10 9 9 8 8 TRACKING ERROR (Degrees) 7 6 5 4 3 2 0 6 5 4 3 2 1 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 ACCELERATION (rps2) 07467-021 1 7 0 图21. 典型14位跟踪误差与加速度的关系 8 7 6 5 4 3 2 1 20000 60000 100000 ACCELERATION (rps2) 140000 180000 07467-020 TRACKING ERROR (Degrees) 9 0 200000 400000 600000 800000 ACCELERATION (rps2) 1000000 图23. 典型10位跟踪误差与加速度的关系 10 0 0 图22. 典型12位跟踪误差与加速度的关系 Rev. A | Page 14 of 36 07467-019 TRACKING ERROR (Degrees) AD2S1210 AD2S1210 旋变格式信号 Vr = Vp × sin(ωt) Vr = Vp × sin(ωt) R1 S2 S2 Va = Vs × sin(ωt) × cos(θ) θ R1 Va = Vs × sin(ωt) × cos(θ) θ S4 S4 R2 R2 S3 S1 Vb = Vs × sin(ωt) × sin(θ) S3 Vb = Vs × sin(ωt) × sin(θ) (A) CLASSICAL RESOLVER (B) VARIABLE RELUCTANCE RESOLVER 07467-023 S1 图24. 经典旋转变压器与可变磁阻旋转变压器 旋变器是一种旋转变压器，通常配置是初级绕组位于转子 上，两个次级绕组则位于定子上。不过，可变磁阻旋变器 的转子上不存在绕组，如图24所示。初级绕组和次级绕组 均位于定子上，但转子的特殊设计使得次级耦合随着角位 置变化而发生正弦变化。无论何种配置，旋变输出电压(S3 − S1, S2 − S4)的计算公式均相同，如公式1所示。 两个定子绕组机械错位90°(参见图24)。初级绕组采用交流 基准源激励。随后在定子次级绕组上的耦合的幅度是转子 (轴)相对于定子的位置的函数。因此，旋变产生由轴角的 正弦和余弦调制的两个输出电压(S3 − S1, S2 − S4)。旋变格 式信号是指从旋变输出获得的信号，如公式1所示。图25 为输出格式的示意图。 (1) 其中： θ为轴角。 Sinωt为转子激励频率。 E0为转子激励幅度。 图25. 旋变电信号 Rev. A | Page 15 of 36 AD2S1210 工作原理 监控 旋变-数字转换 AD2S1210按照Type II跟踪闭环原理工作。输出连续跟踪旋 变的位置，而不需要外部转换和等待状态。当旋变的位置 旋转了相当于最低有效位的角度时，输出更新1 LSB。 转换器产生输出角ϕ，反馈后与输入角θ进行比较，藉此来 跟踪轴角θ；两个角度之差即为误差，如果转换器正确跟 踪输入角，误差趋于0。为了测量误差，将S3-S1乘以cosϕ， 并将S2-S4与sinϕ相乘。 二者的差值为： (2) 利用内部产生的合成基准信号来解调该信号，得到下式： (3) 其中： A1为正弦输入信号的幅度(A1 × sinθ)。 A2为余弦输入信号的幅度(A2 × cosθ)。 θ为旋变器角度。 ϕ为存储在位置寄存器中的角度。 请注意，公式4显示的是解调之后的情形，载波信号sinωt 被消除。此外，对于匹配的输入信号(即没有发生故障)， A1 = A2。 当A1 = A2且转换器正确跟踪(θ = ϕ)时，监控信号输出具有 恒定的幅度A1(监控 = A1 × (sin2 θ + cos2 θ) = A1)，它与轴角 无关。当A1 ≠ A2时，监控信号幅度以两倍的轴旋转速率在 A1与A2之间变化。监控信号用于检测输入信号是否降级或 丢失，如下文所述。 信号丢失检测 公式3等效于E 0sin(θ − ϕ)；当θ − ϕ的值(角误差)较小时， E0sin(θ − ϕ)约等于E0(θ − ϕ)。 当发生下述四种情况中的一种情况时，AD2S1210即指示已 发生信号丢失(LOS)。 E0(θ − ϕ)是转子的角误差与转换器的数字角输出之间的差值。 • 任一旋变输入(正弦或余弦)降至指定的LOS正弦/余弦阈 值以下。此阈值由用户定义，通过写入内部寄存器(地 址0x88，参见寄存器图部分)进行设置。 • 任一旋变输入引脚(SIN、SINLO、COS或COSLO)与传感 器断开连接。 • 任 一 旋 变 输 入 引 脚 (SIN、 SINLO、 COS或 COSLO)对 AD2S1210的电源轨或接地轨削波。参见正弦/余弦输入 削波部分。 • 发生配置奇偶校验错误。参见配置奇偶校验错误部分。 一个闭环系统由一个相位敏感的解调器、一些积分器和一 个补偿滤波器形成，它可以将误差信号归零。当该目标得 以实现时，在转换器的额定精度范围内，ϕ等于旋变器角 度θ。之所以使用Type II跟踪环路，是因为它能跟踪恒定速 度输入，而不存在固有误差。 故障检测电路 AD2S1210故障检测电路可以检测旋变信号丢失、超范围输 入信号、输入信号失配或位置跟踪丢失。发生故障时， AD2S1210所指示的位置可能与旋变的实际轴位置偏差很大。 监控信号 AD2S1210将位置寄存器中的角度与来自旋变的正弦和余弦 输入信号进行比较，产生一个监控信号。该监控信号的产 生方式与“旋变-数字转换”部分所述的误差信号相似。输入 信号sinθ和cosθ分别乘以输出角的sin和cos值，然后相加。 如果旋变的任一定子绕组(正弦或余弦)开路或具有若干短 路环，就会引起信号丢失情况。LOS由DOS和LOT引脚均 闩锁为逻辑低电平输出来表示。当用户进入配置模式并读 取故障寄存器时，DOS和LOT引脚复位至无故障状态。 LOS条件的优先级高于DOS和LOT条件，如表6所示。为了 确定LOS故障检测的原因，用户必须读取故障寄存器(地址 0xFF，参见寄存器映射部分)。 当由于旋变输入(正弦或余弦)降至指定的LOS正弦/余弦阈 值以下而检测到信号丢失时，旋变在AD2S1210可检测到 LOS之前可能转过的电角度称为LOS角度延迟。它由用户 指定的LOS正弦/余弦阈值和施加于AD2S1210的输入信号 最大幅度决定。最差情况角度延迟可以通过下式计算： Rev. A | Page 16 of 36 AD2S1210 角度延迟 = LOS阈值 最大正弦/余弦幅度 (5) 以上公式基于AD2S1210在指示LOS故障前可以看到的最差 情况下的角度误差。最差情况是指旋变的一个输入信号(正 弦或余弦)丢失，而另一个信号位于其峰值幅度；例如：正 弦输入丢失，而输入角度为90°。最差情况角度延迟是最差 情况角度误差的两倍。 周期定义。针对AD2S1210的激励频率范围，窗口计数器周 期如表5所示。 表5. 窗口计数器周期与激励频率范围的关系， CLKIN = 8.192 MHz 激励频率范围 2 kHz ≤ Exc Freq < 4 kHz 4 kHz ≤ Exc Freq < 8 kHz 8 kHz ≤ Exc Freq ≤ 20 kHz 1 信号降级检测 当发生下述两种情况中的一种情况时，AD2S1210即指示已 发生信号降级(DOS)。 • 任一旋变输入(正弦或余弦)超过指定的DOS正弦/余弦阈 值。此阈值由用户定义，通过写入内部寄存器(地址 0x89，参见寄存器映射部分)进行设置。 • 正弦与余弦输入信号的幅度失配超过指定的DOS正弦/ 余弦失配阈值。此阈值由用户定义，通过写入内部寄存 器 (地 址 0x8A， 参 见 寄 存 器 映 射 部 分 )进 行 设 置 。 AD2S1210将监控信号的最小和最大幅度连续存入内部 寄存器，并计算最小值与最大值的差值，以判断是否发 生DOS失配。内部最小值和最大值寄存器的初始值必须 由用户分别在地址0x8C和地址0x8B中定义(参见寄存器 映射部分)。 内部时钟 周期数 1065 554 256 窗口计数器周期 (μs)1 260 135.25 62.5 CLKIN = 8.192 MHz.窗口计数器周期与时钟频率成比例，计算方法是将 内部时钟周期数乘以内部时钟频率(即CLKIN/2)的周期。 当旋变输入(正弦或余弦)低于或超过LOS和DOS阈值时， AD2S1210会在两个窗口计数器周期以内检测到LOS或DOS。 例如，对于10 kHz的激励频率，故障检测时间在125 μs以内。 检测持续故障的时间在读取和清除故障寄存器的一个窗口 计数器周期以内。 请注意，检测DOS失配故障的时间延迟取决于旋变的旋转 速度。最差情况下，DOS失配故障检测的时间延迟为旋变 旋转一整周所需的时间。 位置跟踪丢失检测 当发生下述情况时，AD2S1210即指示已发生跟踪丢失 (LOT)。 DOS由DOS引脚为逻辑低电平来表示。指示DOS后，输出 闩锁在低电平，直到用户进入配置模式并读取故障寄存 器。DOS条件的优先级高于LOT条件，如表6所示。为了确 定DOS故障检测的原因，用户必须读取故障寄存器(地址 0xFF，参见寄存器映射部分)。 • AD2S1210的内部误差信号已超过指定的角度阈值。此 阈值由用户定义，通过写入内部寄存器(地址0x8D，参 见寄存器映射部分)进行设置。 • 输入信号超过最大跟踪速率。最大跟踪速率取决于用户 定义的分辨率和CLKIN频率。 LOS和DOS检测的时间延迟 LOT由LOT引脚为逻辑低电平(不闩锁)来表示。LOT具有迟 滞，直到内部误差信号小于LOT下限寄存器(地址0x8E，参 见寄存器映射部分)中定义的值时才会被清除。 请注意，监控信号是在AD2S1210内部时钟的有效沿产生。 内部时钟是由外部施加的CLKIN频率2分频产生；当使用 8.192 MHz的CLKIN频率时，AD2S1210内部时钟为4.096 MHz。 AD2S1210将监控信号的最小和最大幅度连续存入内部寄存 器，并以设定的时间间隔将这些内部寄存器中存储的值与 用户配置的LOS和DOS阈值进行比较。该时间间隔称为窗 口计数器周期，取决于用户所配置的激励频率。设置时间 间隔时，应确保两个窗口计数器周期至少包括施加于旋变 的激励频率的一个完整周期。窗口计数器周期用内部时钟 当超过最大跟踪速率时，则只有等到速度小于最大跟踪速 率，并且内部误差信号小于LOT下限寄存器中定义的值 时，LOT才会被清零。LOT可以指示位置的阶跃变化(例如 在将一个RESET信号施加于AD2S1210之后)。 它还能用作内置测试功能，以指示跟踪转换器正常工作。 LOT条件的优先级低于DOS和LOS条件，如表6所示。LOT 和DOS引脚不能用来同时指示LOT和DOS情况。不过，故 障寄存器会单独指示每种情况。为了确定LOT故障检测的 原因，用户必须读取故障寄存器(地址0xFF，参见寄存器映 射部分)。 Rev. A | Page 17 of 36 AD2S1210 表6. 故障检测解码 条件 信号丢失(LOS) 信号降级(DOS) 跟踪丢失(LOT) 无故障 DOS引脚 0 0 1 1 LOT引脚 0 1 0 1 优先级 1 2 3 N/A AD2S1210还提供一个相位锁定至其正弦和余弦输入的内部 合成参考信号。旋变初级绕组与次级绕组之间的相位误差 会降低RDC的精度，而该同步参考信号可以补偿相位误 差。它还能补偿温度和传输线缆所引起的相移，从而不需 要外部预设相位补偿电路。 正弦/余弦输入削波 合成参考生成 如果任一旋变输入引脚(SIN、SINLO、COS或COSLO)对 AD2S1210的电源轨或接地轨削波，AD2S1210将指示已发 生削波错误。如果输入幅度小于0.15 V或大于AVDD − 0.2 V并 持续4 μs以上，它将指示削波故障。 当旋变高速旋转时，RDC往往会像电机一样，在提供理想 的正弦和余弦输出的同时产生速度电压。这些速度电压与 主信号波形正交。此外，旋变绕组的非零电阻会导致参考 输入与正弦和余弦输出之间发生非零相移。速度电压和相 移的结合导致RDC出现跟踪误差，它近似等于： 正弦/余弦输入削波错误由DOS和LOT引脚均闩锁为逻辑低 电平输出来表示。故障寄存器的位D7也会通过设为高来表 示正弦/余弦输入削波错误。当用户进入配置模式并读取故 障寄存器时，DOS和LOT引脚复位至无故障状态。 配置奇偶校验错误 AD2S1210包括多个用户可编程寄存器，允许用户对该器件 进行配置。AD2S1210的各读/写寄存器由用户利用7位信息 进行编程。第8位是保留的奇偶校验位。如果这些寄存器 中的数据被破坏，AD2S1210将指示已发生配置奇偶校验错 误。配置奇偶校验错误由DOS和LOT引脚均闩锁为逻辑低 电平输出来表示。故障寄存器的位D0也会通过设为高电平 来表示配置奇偶校验错误。发生奇偶校验错误时，建议用 户通过RESET引脚复位器件。 锁相错误 如果激励频率的相位与正弦和余弦信号的相位二者之差超 过指定的锁相范围，AD2S1210将指示已发生锁相错误。锁 相错误由LOT引脚为逻辑低电平(不闩锁)来表示。故障寄 存器的位D1也会通过设为高来表示锁相错误。 片上可编程正弦波振荡器 片上振荡器向旋变提供正弦波激励信号(EXC)及其补码信 号(EXC)。可以将此参考信号的频率设置为2 kHz至20 kHz 范围内的多个标准频率。此信号的幅度为3.6 V p-p，中心电 压为2.5 V。 误差 = 相移 × 旋转速率 参考频率 (6) 为了补偿以上所述的旋变参考激励与正弦/余弦信号之间的 相位误差，RDC内部会产生一个与参考频率载波同相的合 成参考信号。合成参考信号利用内部滤波的正弦和余弦信 号获得，其生成方法是：确定正弦或余弦(为了提高相位精 度，取二者中的较大信号)的零交越，并且评估旋变参考激 励的相位。合成参考可将参考与正弦/余弦输入之间的相移 降至10°以下，对±44°的相移有效。如果需要更大的锁相范 围，则可将控制寄存器中的位D5设为0，以将锁相范围扩 大到360°(参见控制寄存器部分)。 转换器的连接 AGND和DGND引脚接地(见图26)。5 V DC ± 5%的正电源 (VDD)连到AVDD和DVDD引脚；去耦电容的典型值为10 nF和 4.7 μF。这些电容应尽可能靠近器件引脚，AVDD和DVDD都要 连接去耦电容。VDRIVE引脚连到微处理器的电源。施加于 VDRIVE输入的电压控制并行和串行接口的电压。VDRIVE可以 设为5 V、3 V或2.5 V，其去耦电容的典型值为10 nF和4.7 μF。 振荡器去耦电容的典型值为20 pF，而参考去耦电容的典型 值为10 nF和10 μF。 AD2S1210的参考激励输出需要一个外部缓冲放大器来提供 增益和额外电流，以驱动旋变。 Rev. A | Page 18 of 36 AD2S1210 S2 S4 5V 8.192 MHZ 20pF EXC EXC SIN AGND 3 34 33 5 DGND 6 DVDD 7 CLKIN 8 XTALOUT (8) 32 AD2S1210 其中： ω是所用信号的角频率。 VREF是一个直流电压，其值应使得VOUT总是一个正值，从 而不需要负电源。 31 30 29 9 28 10 27 11 26 12 20pF (7) 以及 36 4 VDRIVE 5V 载波增益 = − (R2 / R1) (1 /(1 + R2 × C1× ω)) 35 DGND 4.7µF BUFFER CIRCUIT 25 C1 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 R2 VDRIVE 4.7µF 12V 07467-025 10nF EXC/EXC (VIN) 图26. 连接AD2S1210与旋变 在此推荐配置中，转换器在旋变的SIN、SINLO、COS和 COSLO信号输出中引入VREF/2偏移。如果正弦和余弦信号 符合建议的规格，各信号可以连接到不同的对地电位。请 注意：EXC和EXC输出为差分式，本身具有2倍的增益。 12V R1 (VREF ) AD8662 5V VOUT 07467-026 2 SINLO 1 10nF R1 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 COS 10µF S1 图27显示了建议的缓冲电路。电容C1可以与电阻R2并联， 以滤除EXC和EXC输出上可能存在的任何噪声。应谨慎选 择此滤波器的截止频率，确保滤波器所引起的载波相移不 超过AD2S1210的锁相范围。 电路的增益为： COSLO AVDD 10nF S3 BUFFER CIRCUIT REFBYP 10nF REFOUT 4.7µF R2 图27. 缓冲电路 对于模拟输入引脚SIN、SINLO、COS和COSLO，推荐使 用 单 独 的 屏 蔽 双 绞 线 电 缆 。 屏 蔽 应 端 接 在 REFOUT或 AGND处。 Rev. A | Page 19 of 36 AD2S1210 AD2S1210配置 工作模式 AD2S1210有两种工作模式：配置模式和普通模式。配置模 式用于对寄存器进行编程，以设置AD2S1210的激励频率、 分辨率和故障检测阈值。配置模式也可用于回读故障寄存 器中的信息。位置和速度寄存器中的数据也可以在配置模 式下进行回读。AD2S1210可以完全工作在配置模式下；或 者初始配置完成后，可以让器件离开配置模式，工作在普 通模式下。在普通模式下工作时，数据输出可提供角位置 或角速度数据。A0和A1输入用来确定AD2S1210是否处于 配置模式，以及是否将位置或速度数据提供给输出引脚， 参见表8。 设置激励频率 将频率控制字写入激励频率寄存器(地址0x91，参见寄存器 映射部分)，可以设置AD2S1210的激励频率。 激励频率 = (FCW × f CLKIN ) 2 15 激励频率的规定范围是从2 kHz到20 kHz，以250 Hz的增量 进行设置。为了实现表1中的角度精度指标，应按照表7所 列选择激励频率。 表7. 建议激励频率与分辨率的关系(fCLKIN = 8.192 MHz) 典型带宽 4100 Hz 1700 Hz 900 Hz 250 Hz A0和A1输入 AD2S1210允许用户直接从并行输出或通过串行接口读取角 位置或角速度数据。利用A0和A1输入可以选择所需的信 息。这些输入也可用于使器件进入配置模式。故障寄存器 和其余片内寄存器的数据可以在配置模式下进行访问。 表8. 配置模式设置 A0 0 0 1 1 A1 0 1 0 1 结果 普通模式—位置输出 普通模式—速度输出 保留 配置模式 RES0和RES1输入 其中FCW为频率控制字，fCLKIN为AD2S1210的时钟频率。 分辨率 10位 12位 14位 16位 请注意，各种分辨率和带宽所对应的推荐频率范围(如表7 所示)是针对8.192 MHz的时钟频率而定义的。推荐的激励频 率范围与AD2S1210的时钟频率成比例。当以8.192 MHz的时 钟频率工作时，AD2S1210的默认激励频率为10 kHz。 最小激励频率 10 kHz 6 kHz 3 kHz 2 kHz 最大激励频率 20 kHz 20 kHz 12 kHz 10 kHz 普通模式下，数字输出的分辨率利用RES0和RES1输入引脚 进行选择。配置模式下，分辨率的选择是通过设置控制寄 存器中的RES0和RES1位。切换普通模式与配置模式时，用 户负责确保控制寄存器中设置的分辨率与RES0和RES1输入 引脚所设置的分辨率一致。如果两种分辨率设置不同，输 出数据可能不正确。 表9. 分辨率设置 RES0 0 0 1 1 1 RES1 0 1 0 1 分辨率(位) 10 12 14 16 位置LSB (弧分) 21.1 5.3 1.3 0.3 速度LSB (rps) 1 4.88 0.488 0.06 0.004 CLKIN = 8.192 MHz.速度LSB大小和最大跟踪速率与CLKIN频率成正比。 Rev. A | Page 20 of 36 AD2S1210 寄存器映射 表10. 寄存器存储区分配 寄存器名称 位置 速度 LOS阈值 DOS超量程阈值 DOS失配阈值 DOS复位最大阈值 DOS复位最小阈值 LOT上限 LOT下限 激励频率 控制 软复位 故障 寄存器 地址 0x80 0x81 0x82 0x83 0x88 0x89 0x8A 0x8B 0x8C 0x8D 0x8E 0x91 0x92 0xF0 0xFF 寄存器 数据 D15至D8 D7至D0 D15至D8 D7至D0 D7至D0 D7至D0 D7至D0 D7至D0 D7至D0 D7至D0 D7至D0 D7至D0 D7至D0 D7至D0 D7至D0 读/写寄存器 只读 只读 只读 只读 读/写 读/写 读/写 读/写 读/写 读/写 读/写 读/写 读/写 只写 只读 位置寄存器 位 D15至D8 D7至D0 无论分辨率为多少，速度寄存器中存储的值都是16位。分 辨率较低时，应忽略16位数字输出的多位LSB。例如，对 于10位分辨率，数据位D15至D6提供有效数据，D5至D0则 应被忽略。对于10位分辨率、8.192 MHz输入时钟，AD2S1210 的最大跟踪速率为±2500 rps。如果速度为+2500 rps，0x1FF 将被存储在速度寄存器的位D15至D6中；如果速度为− 2500 rps，0x3FF将被存储在速度寄存器的位D15至D6中。 在这个10位的例子中，速度输出的LSB大小为4.88 rps。 LOS阈值寄存器 表13. 8位寄存器 地址 0x88 表11. 16位寄存器 地址 0x80 0x81 进制补码格式存储。对于各分辨率，AD2S1210可跟踪的最 大速度见表1。例如，对于16位分辨率、8.192 MHz输入时 钟，AD2S1210的最大跟踪速率为±125 rps。如果速度为+125 rps， 0x7FFF将被存储在速度寄存器中；如果速度为−125 rps， 0x8000将被存储在速度寄存器中。 读/写 只读 只读 位置寄存器包含旋变输入信号的角位置的数字表示。值以 16位二进制格式存储。位置寄存器中的值在SAMPLE输入 的下降沿之后更新。 位 D7至D0 LOS阈值寄存器决定AD2S1210的信号丢失阈值。AD2S1210 允许用户在0 V至4.82 V范围内设置LOS阈值。LOS阈值的分 辨率为7位，即38 mV。请注意，MSB (D7)应设为0。上电时 LOS阈值的默认值为2.2 V。 DOS超量程阈值寄存器 请注意，当使能迟滞(参见控制寄存器部分)且分辨率较低 时，16位数字输出的多位LSB设为0。例如，对于10位分辨 率，数据位D15至D6提供有效数据，D5至D0则设为0。当 迟滞禁用时，无论分辨率为多少，位置寄存器中存储的值 都是16位。分辨率较低时，可以忽略16位数字输出的多位 LSB。例如，对于10位分辨率，数据位D15至D6提供有效 数据，D5至D0则可以忽略。 表14. 8位寄存器 速度寄存器 DOS失配阈值寄存器 表12. 16位寄存器 地址 0x82 0x83 位 D15至D8 D7至D0 读/写 读/写 地址 0x89 位 D7至D0 读/写 读/写 DOS超量程阈值寄存器决定AD2S1210的信号降级阈值。 AD2S1210允许用户在0 V至4.82 V范围内设置DOS超量程阈值。 DOS超量程阈值的分辨率为7位，即38 mV。请注意，MSB (D7) 应设为0。上电时DOS超量程阈值的默认值为4.1 V。 表15. 8位寄存器 读/写 只读 只读 地址 0x8A 速度寄存器包含旋变输入信号的角速度的数字表示。速度 寄存器中的值在采样输入的下降沿之后更新。值以16位二 位 D7至D0 读/写 读/写 DOS失配阈值寄存器决定 AD2S1210的信号失配阈值。 AD2S1210允许用户在0 V至4.82 V范围内设置DOS失配阈值。 DOS失配阈值的分辨率为7位，即38 mV。请注意，MSB (D7) 应设为0。上电时DOS失配阈值的默认值为380 mV。 Rev. A | Page 21 of 36 AD2S1210 DOS复位最大和最小阈值寄存器 表19. LOT上限/下限 表16. 8位寄存器 地址 0x8B 0x8C 位 D7至D0 D7至D0 读/写 读/写 读/写 AD2S1210将监控信号的最小和最大幅度连续存入内部寄存 器，并计算最小值与最大值的差值，以判断是否发生DOS 失配。内部最小值和最大值寄存器的初始值必须由用户定 义。故障寄存器清除时，存储监控信号的最大和最小幅度 的寄存器复位至DOS复位最大和最小阈值寄存器中存储的 值。DOS复位最大和最小阈值的分辨率均为7位，即38 mV。 请注意，MSB (D7)应设为0。为确保正常工作，建议将DOS 复位最小阈值寄存器设为比DOS超量程阈值至少小1 LSB， 将DOS复位最大阈值寄存器设为比LOS阈值寄存器至少大 1 LSB。DOS复位最小阈值寄存器和DOS复位最大阈值寄存 器的默认值分别为3.99 V和2.28 V。 表17. 8位寄存器 位 D7至D0 读/写 读/写 LOT上限寄存器决定AD2S1210的位置跟踪丢失阈值。LOT 上限为7位字。请注意，MSB (D7)应设为0。LOT下限的范围、 LSB大小和上电时LOT下限的默认值取决于AD2S1210的分 辨率设置，如表19所示。 LOT下限寄存器 位 D7至D0 LOT默认 下限(度) 2.5 1.0 0.5 0.5 LOT默认 上限(度) 12.5 5.0 2.5 2.5 激励频率寄存器 表20. 8位寄存器 地址 0x91 位 D7至D0 读/写 读/写 激励频率寄存器决定AD2S1210激励输出的频率。要设置激 励频率，须将一个7位频率控制字写入该寄存器。请注意， MSB (D7)应设为0。 FCW = (激励频率 × 2 ) 15 (9) f CLKIN 例如，如果用户要求激励频率为5 kHz，而时钟频率为 8.192 MHz，则需要编程的码可由下式算出： (5 kHz × 2 ) 15 FCW = 8.192 MHz = 14 (十六进制) 上电时AD2S1210的默认激励频率为10 kHz。 表18. 8位寄存器 地址 0x8E LSB大小 (度) 0.35 0.14 0.09 0.09 范围(度) 0至45 0至18 0至9 0至9 其中FCW为频率控制字，fCLKIN为AD2S1210的时钟频率。激 励频率的规定范围是从2 kHz到20 kHz，以250 Hz的增量进 行设置。为了确保AD2S1210在规定的频率范围内工作，频 率控制字应为0x4与0x50之间的值。 LOT上限寄存器 地址 0x8D 分辨率(位) 10 12 14 16 控制寄存器 读/写 读/写 LOT下限寄存器决定位置跟踪丢失故障检测的迟滞电平。 当AD2S1210的内部误差信号超过LOT上限时，即发生跟踪 丢失(LOT)情况。LOT具有迟滞，直到内部误差信号小于 LOT下限寄存器中定义的值时才会被清除。LOT下限为7位 字。请注意，MSB (D7)应设为0。LOT下限的范围、LSB大 小和上电时LOT下限的默认值取决于AD2S1210的分辨率设 置，如表19所示。 表21. 8位寄存器 地址 0x92 位 D7至D0 读/写 读/写 控制寄存器为8位寄存器，用于设置AD2S1210的控制模式。 上电时控制寄存器的默认值为0x7E。 表22. 控制寄存器位功能描述 位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Rev. A | Page 22 of 36 说明 地址/数据位 保留，置1 锁相范围 0 = 360°, 1 = ±44° 0 = 禁用迟滞，1 = 使能迟滞 设置编码器分辨率EnRES1 设置编码器分辨率EnRES0 设置分辨率RES1 设置分辨率RES0 AD2S1210 地址/数据位 表23. 编码器分辨率设置 写入AD2S1210的每个8位字的MSB决定该8位字是寄存器地 址还是数据。AD2S1210所定义的各寄存器地址的MSB (D7) 为高。写入AD2S1210的各数据字的MSB为低。 EnRES0 0 0 1 1 请注意，将一个数据字写入AD2S1210时，MSB会在内部重 新配置为奇偶校验位。当从任何读/写寄存器(见表10)读取 数据时，位D6至D0的奇偶校验会重新加以计算，并与先 前存储的奇偶校验位进行比较。8位输出的MSB用来指示 是否发生配置错误。如果MSB返回高，则表明从器件回读 的数据与在上一个写入周期中写入器件的配置数据不一致。 锁相范围 锁相范围允许AD2S1210补偿激励频率与正弦/余弦输入的 相位差。推荐工作模式是使用默认锁相范围±44°。如果需 要更大的锁相范围，可以设置360°范围。不过，在这种工 作模式下，AD2S1210在发生信号丢失故障后应当复位。如 果不复位，可能导致角度输出数据出现180°误差。 迟滞 EnRES1 0 1 0 1 分辨率(位) 10 12 14 16 设置分辨率 普通模式下，数字输出的分辨率利用RES0和RES1输入引脚 进行选择(见表9)。配置模式下，分辨率的选择是通过设置 控制寄存器中的RES0和RES1位。切换普通模式与配置模式 时，用户负责确保控制寄存器中设置的分辨率与RES0和 RES1输入引脚所设置的分辨率一致。上电时数字输出的默 认分辨率为12位。 软件复位寄存器 表24. 8位寄存器 地址 0xF0 位 D7至D0 读/写 只写 AD2S1210的位置积分器输出与位置寄存器输入之间有±1 LSB 的迟滞。在高噪声环境下工作时，此迟滞可以用来防止 LSB闪烁。AD2S1210的最大跟踪速度由带宽决定。各分辨 率设置对应不同的带宽，如表1所示。最大跟踪速度和带 宽与分辨率成反比，即最大跟踪速度随着分辨率的降低而 提高。用户可以选择禁用迟滞，以便对位置输出进行过采 样，并且在指定的带宽内通过外部均值滤波实现更高分辨 率输出。 用户在配置模式下寻址软件复位寄存器，即将软件复位寄存 器的8位地址0xF0写入AD2S1210，将启动AD2S1210的软件 复位。软件复位会重新初始化激励频率输出和内部Type II 跟踪环路。软件复位不会覆盖配置寄存器中存储的数据。 但应注意，故障寄存器中的数据会复位。在采用两个或更 多旋变-数字转换器，并利用同一时钟源驱动这些转换器的 应用中，可以使用软件复位来同步所有转换器激励频率的 相位。 设置控制寄存器的位D4可以使能或禁用迟滞功能。上电时 默认使能迟滞。 故障寄存器 设置编码器分辨率 地址 0xFF AD2S1210编码器输出的分辨率可以与数字输出的分辨率相 同，也可以比后者低。例如，当AD2S1210位置输出的分辨 率设为16位时，编码器输出的分辨率可以设为14、12或10 位。这样，用户可以利用较低带宽实现16位分辨率设置的 高性能，而无需在外部对A-quad-B编码器输出进行分频。 上电时编码器输出的默认分辨率为16位。参见增量式编码 器输出部分。 表25. 8位寄存器 位 D7至D0 读/写 只读 AD2S1210能够检测8种独立的故障条件。发生故障时， DOS和/或LOT输出引脚变为低电平。通过读取故障寄存器， 用户可以确定故障检测输出引脚的触发原因。请注意，故障 寄存器位为高有效，即故障位变为高时表示故障已发生。 表26. 故障寄存器Bit功能描述 位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Rev. A | Page 23 of 36 说明 正弦/余弦输入削波 正弦/余弦输入低于LOS阈值 正弦/余弦输入超过DOS超量程阈值 正弦/余弦输入超过DOS失配阈值 跟踪误差超过LOT阈值 速度超过最大跟踪速率 相位误差超过锁相范围 配置奇偶校验错误 AD2S1210 数字接口 角位置和角速度用二进制数据表示，可以通过一个16位并 行接口或者一个时钟速率最高为25 MHz的4线串行接口提取。 AD2S1210利用一组片内寄存器控制其可编程功能。数据通 过串行或并行接口写入这些寄存器。 SOE输入 串行输出使能引脚SOE处于高电平时，并行接口使能。 SOE引脚处于低电平时，串行接口使能，引脚DB0至DB12 进入高阻态。引脚DB13为串行时钟输入(SCLK)，引脚 DB14为串行数据输入(SDI)，引脚DB15为串行数据输出 (SDO)，WR/FSYNC为帧同步输入。 SAMPLE输入 AD2S1210按照Type II跟踪闭环原理工作。环路连续跟踪旋 变的位置和速度，而不需要外部转换和等待状态。位置和 速度寄存器位于环路外部，在SAMPLE信号发生高电平至 低电平转换后进行更新。为了保证数据得以正确锁存，此 引脚必须保持低电平至少t16 ns。 数据格式 数字角度数据将旋变轴的绝对位置表示为10位至16位无符 号二进制字。数字速度数据为10位至16位二进制补码字， 它表示旋变轴沿顺时针或逆时针方向旋转的速度。 并行接口 当SOE引脚处于高电平时，选择并行接口。片选引脚CS必 须处于低电平才能使能该接口。 写入AD2S1210 利用8位并行接口D7至D0和WR/FSYNC引脚，可以在并行 模式下写入AD2S1210的片内寄存器。写入AD2S1210的每 个 8位 字 的 MSB决 定 该 8位 字 是 寄 存 器 地 址 还 是 数 据 。 AD2S1210所定义的各寄存器地址的MSB (D7)为高(参见寄存 器映射部分)。写入AD2S1210的各数据字的MSB为低。若 要写入其中一个寄存器，用户首先必须利用A0和A1输入将 AD2S1210置于配置模式。然后，利用引脚DB7至DB0将8 位地址写入AD2S1210，并利用WR/FSYNC输入的上升沿予 以锁存。随后可以在引脚DB7至DB0上提供数据，并再次 利用WR/FSYNC输入将数据锁存至器件。图28给出了写入 配置寄存器时应遵循的时序要求。请注意，在写入 AD2S1210时，RD输入应保持高电平。 读取AD2S1210 可以从AD2S1210回读下列数据： • • • • 角位置 角速度 故障寄存器数据 片内寄存器的状态 角位置和角速度数据既可以在普通模式下回读，也可以在 配置模式下回读。要读取故障寄存器或其余片内寄存器的 状态，必须将器件置于配置模式。 在配置模式下读取AD2S1210 若要回读其中一个片内寄存器所存储的数据，包括故障寄 存器，用户首先必须利用A0和A1输入将AD2S1210置于配 置模式。然后将要读取的8位寄存器地址写入器件，如“写 入AD2S1210”部分所述。这将把相关数据传输至输出寄存 器。然后就可以像上文所述那样，利用RD输入读取数据。 当从任何读/写寄存器(见表10)回读数据时，8位字由相关 寄存器中的7位数据D6至D0和差错位D7组成。如果差错位 返回高，则表明从器件回读的数据与在上一个写入周期中 写入器件的配置数据不一致。 如果用户想在配置模式下回读角位置或角速度数据，则需 要SAMPLE输入的一个下降沿，以更新位置和速度寄存器 中的信息。然后可以寻址所需的寄存器，像上文所述那样 回读这些寄存器中的数据。图29显示了读取配置寄存器时 应遵循的时序要求。 在普通模式下读取AD2S1210 若要从AD2S1210回读位置或速度数据，首先应当利用 SAMPLE输入更新位置和速度寄存器中存储的信息。当 SAMPLE输入发生高电平至低电平转换时，数据将从位置 和速度积分器传输到位置和速度寄存器。故障寄存器也会 在此时进行更新。A0和A1输入的状态决定是将位置数据还 是速度数据传输至输出寄存器。CS引脚必须保持低电平才 能将所选数据传输至输出寄存器。最后，利用RD输入读取 输出寄存器中的数据，并使能输出缓冲器。CS和RD保持 低电平时，输出缓冲器使能。当RD返回高电平时，数据引 脚也返回高阻态。如果用户要连续读取数据，可以在释放 起的至少t20 ns后重新使用RD。 读取周期的时序要求如图30所示。请注意，当RD为低电平 时，WR/FSYNC输入应为高电平。 Rev. A | Page 24 of 36 AD2S1210 4. 应按照“在配置模式下读取AD2S1210”部分所述读取故障 寄存器。 5. SAMPLE输入再次发生高电平至低电平转换，以清除 DOS和/或LOT引脚上的故障指示。 6. 请注意，如果是持续故障，故障指示器将在指定的故障 时间延迟内重新触发。 故障寄存器清除 AD2S1210的LOT引脚和/或DOS引脚变为低电平时，即表 示检测到故障。AD2S1210能够检测8种独立的故障条件。 要确定是何种条件触发了故障指示，用户必须进入配置模 式并读取故障寄存器。若要复位故障指示器，必须再施加 一个SAMPLE脉冲。这可确保初始采样与随后读取故障寄 存器之间可能发生的任何故障都会被捕捉到。因此，为了 读取和清除故障寄存器，需要发生下述一系列事件： 图31显示了清除故障寄存器时应遵循的时序要求。 请注意，退出配置模式之前写入AD2S1210的最后一个有效 寄存器地址，在重新进入配置模式时会再次有效。因此， 完成AD2S1210的初始配置后，建议在离开配置模式之前， 将故障寄存器地址写入AD2S1210。这可以简化普通模式下 故障寄存器的读取和清除操作，因为现在只要反转A0和A1 位就能访问位置、速度和故障信息，而无需再次寻址寄 存器。 1. SAMPLE输入发生高电平至低电平转换。 2. SAMPLE输入应保持低电平t16 ns，然后可以返回高电平。 3. AD2S1210应处于配置模式，即A0和A1均设为逻辑高电平。 fCLKIN CLKIN t8 t1 A0, A1 CS t1 t6 t5 t2 t2 t2 t9 t7 WR DB0 TO DB7 t4 ADDRESS t3 DATA NOTES 1. DON’T CARE. 2. RD SHOULD BE HELD HIGH WHEN WRITING TO THE AD2S1210. 图28. 并行端口写入时序—配置模式 Rev. A | Page 25 of 36 t4 ADDRESS 07467-027 t3 AD2S1210 fCLKIN CLKIN t1 A0, A1 t2 t14B t11 CS t5 t13 t15 WR t12 t10 RD t14A t14A t4 t12 t3 ADDRESS DB0 TO DB7 DATA ADDRESS DATA 07467-028 NOTES 1. DON’T CARE. 图29. 并行端口读取时序—配置模式 fCLKIN CLKIN t16 t16 SAMPLE t17 t6 CS t18 t20 RD t1 POSITION t19 DATA POSITION FAULT* VELOCITY t14A/t14B t21 VELOCITY FAULT* *ASSUMES FAULT REGISTER ADDRESS WRITTEN TO PART BEFORE EXITING CONFIGURATION MODE. NOTES 1. DON’T CARE. 图30. 并行端口读取时序 Rev. A | Page 26 of 36 07467-029 A0, A1 AD2S1210 fCLKIN CLKIN t16 t16 t16 SAMPLE t17 CS t2 WR t9 RD t1 CONFIGURATION t3 DATA t12 t4 t14A t19 FAULT ADDRESS FAULT DATA NOTES 1. DON’T CARE. 图31. 并行端口—清除故障寄存器 Rev. A | Page 27 of 36 07467-030 A0, A1 AD2S1210 串行接口 将 SOE引 脚 维 持 在 低 电 平 状 态 ， 可 选 中 此 串 行 接 口 。 AD2S1210串 行 接 口 由 四 个 信 号 构 成 ： SD O、 SDI、 WR/FSYNC和SCLK。SDI用于将数据传输至片内寄存器中， SDO则用于从片内寄存器中获取数据，包括位置、速度和 故障寄存器。SCLK是器件的串行时钟输入，所有数据传输 (无论是SDI上还是SDO上)均相对于该SCLK信号进行。 WR/FSYNC用于帧同步数据。WR/FSYNC的下降沿使SDI 和SDO线路脱离高阻态。WR/FSYNC的上升沿使SDI和 SDO线路返回高阻态。串行接口不需要CS输入，它应保持 低电平。 SDO输出 在普通工作模式下，数据作为24位字在串行时钟输入SCLK 的控制下移出器件。数据是在SCLK的上升沿移出。图32给 出了这种操作的时序图。 SDI输入 SDI输入在配置模式下寻址片内寄存器以及用作菊花链输 入。数据是在SCLK的下降沿移入器件。图32给出了这种操 作的时序图。 写入AD2S1210 利用串行接口可以访问AD2S1210的片内寄存器。若要写入 其 中 一 个 寄 存 器 ， 用 户 首 先 必 须 利 用 A0和 A1输 入 将 AD2S1210置于配置模式。然后，利用SDI引脚将8位地址写 入AD2S1210，并利用WR/FSYNC输入的上升沿予以锁存。 随后可以在SDI引脚上提供数据，并再次利用WR/FSYNC 输入将数据锁存至器件。8位写操作的MSB决定该8位字是 一个寄存器地址(MSB设为高电平)还是待写入的数据(MSB 设为低)。图33给出了写入配置寄存器时应遵循的时序要求。 在配置模式下读取AD2S1210 若要回读其中一个片内寄存器所存储的数据，包括故障寄 存器，用户首先必须利用A0和A1输入将AD2S1210置于配 置模式。然后将要读取的8位寄存器地址写入器件，如“写入 AD2S1210”部分所述。这将把相关数据传输至输出寄存器。 配置模式下，输出移位寄存器为8位宽。数据作为8位字在 串行时钟输入SCLK的控制下移出器件。图34给出了这种操 作的时序图。当从任何读/写寄存器(见表10)回读数据时， 8位字由相关寄存器中的7位数据D6至D0和差错位D7组 成。如果差错位返回高，则表明从器件回读的数据与在上 一个写入周期中写入器件的配置数据不一致。 若要在配置模式下回读角位置或角速度数据，则需要 SAMPLE输入的一个下降沿，以更新位置和速度寄存器中 的信息。 在普通模式下读取AD2S1210 若要从AD2S1210回读位置或速度数据，首先应当利用 SAMPLE输入更新位置和速度寄存器中存储的信息。当 SAMPLE输入发生高电平至低电平转换时，数据将从位置 和速度积分器传输到位置和速度寄存器。故障寄存器也会 在此时进行更新。A0和A1输入的状态决定是将位置数据还 是速度数据传输至输出寄存器。 普通模式下，输出移位寄存器为24位宽。24位字由16位角 度数据(位置或速度数据)和其后的8位故障寄存器数据组 成。数据以MSB优先(位23)方式在SDO引脚上读出。位23 至位8对应于角度信息。角位置数据格式为无符号二进 制，全0表示0度，全1表示360度 − l LSB。角速度数据格式 为二进制补码，MSB代表旋转方向。位7至位0对应于故障 信息。如果用户不需要故障信息，可以在第16个SCLK上升 沿之后拉高WR/FSYNC。 故障寄存器清除 AD2S1210的LOT引脚和/或DOS引脚变为低电平时，即表 示检测到故障。AD2S1210能够检测8种独立的故障条件。 要确定是何种条件触发了故障指示，用户必须进入配置模 式并读取故障寄存器。若要复位故障指示器，必须再施加 一个SAMPLE脉冲。这可确保初始采样与随后读取故障寄 存器之间可能发生的任何故障都会被捕捉到。因此，为了 读取和清除故障寄存器，需要发生下述一系列事件： 1. SAMPLE输入发生高电平至低电平转换。 2. SAMPLE输入应保持低电平t16 ns，然后可以返回高电平。 3. AD2S1210应处于配置模式，即A0和A1均设为逻辑高 电平。 4. 按照“在配置模式下读取AD2S1210”部分所述读取故障寄 存器。 5. SAMPLE输入再次发生高电平至低电平转换，以清除 DOS和/或LOT引脚上的故障指示。请注意，如果是持 续故障，故障指示器将在指定的故障时间延迟内重新 触发。 Rev. A | Page 28 of 36 AD2S1210 WR/FSYNC t22 t 29 fSCLK t25 SCLK t23 t24 t26 MSB LSB t27 t28 MSB SDI 07467-031 SDO LSB 图32. 串行接口时序图 fCLKIN CLKIN t1 t1 t8 A0, A1 t5 t2 CS t2 t7 t9 WR/FSYNC SDI ADDRESS DATA NEW ADDRESS OLD DATA OLD DATA COPY OF DATA NOTES 1. DON’T CARE. 07467-032 SDO 图33. 串行接口写入时序—配置模式 fCLKIN CLKIN A0, A1 t1 t5 t6 t2 t5 CS t2 WR/FSYNC ADDRESS 1 ADDRESS 2 ADDRESS 3 SDO OLD DATA DATA 1 DATA 2 07467-033 SDI NOTES 1. DON’T CARE. 图34. 串行接口读取时序—配置模式 Rev. A | Page 29 of 36 AD2S1210 fCLKIN CLKIN t16 t16 SAMPLE t30 t6 CS t31 t34 WR/FSYNC t32 A0, A1 t33 POSITION VELOCITY FAULT* t29 t23 SDO POSITION VELOCITY FAULT* 07467-034 *ASSUMES FAULT REGISTER ADDRESS WRITTEN TO PART BEFORE EXITING CONFIGURATION MODE. NOTES 1. DON’T CARE. 图35. 串行接口读取时序 Rev. A | Page 30 of 36 AD2S1210 增量式编码器输出 上电时序控制和复位 A、B和NM增量式编码器仿真输出为自由式；而且如果施 加于转换器的旋变格式输入信号有效，则输出有效。 AD2S1210需要一个外部复位信号使RESET输入保持低电平， 直到VDD达到规定的工作电压范围4.5 V至5.5 V以内。 AD2S1210可配置为用于仿真256线、1024线、4096线或 16,384线编码器。例如，如果AD2S1210配置为12位分辨 率，则转一圈将产生1024个A、B脉冲。角旋转不断增大时 (即顺时针方向)，脉冲A超前于脉冲B。 在VDD处于规定范围之后，RESET引脚必须保持低电平至 少10 μs(即图37中的tRST)。对AD2S1210施加一个RESET信号， 将把输出位置初始化为0x000值(通过并行、串行和编码器 接口输出的度数)，并导致器件指示LOS(LOT和DOS引脚拉 低)，如图37所示。 AD2S1210编码器仿真输出的分辨率一般配置为与数字输出 的分辨率相同。不过，编码器仿真输出的分辨率也可以低 于数字输出的分辨率。例如，如果AD2S1210的分辨率配置 为16位，则编码器仿真输出的分辨率也可以配置为14位、 12位或10位。但是，编码器仿真输出的分辨率不得高于数 字输出的分辨率。如果AD2S1210被配置为编码器仿真输出 的分辨率高于与数字输出的分辨率，AD2S1210内部将覆盖 此配置。此时，编码器仿真输出的分辨率设为与数字输出 的分辨率一致。通过写入控制寄存器的位D3和D2，可以 对编码器仿真输出的分辨率进行编程。 当绝对角位置经过零点时，即产生路标脉冲。路标脉冲宽 度在内部设置为90°且相对于周期Ａ。图36显示了A、B和 NM之间的关系。 如果没有正确控制上电复位时序，可能会导致位置指示不 正确。 在RESET输入的上升沿之后，必须为器件留出至少tTRACK ms的时间(见图37)，以便内部电路稳定下来，并且跟踪环 路建立至输入位置的阶跃变化。在tTRACK期间，LOT和DOS 引脚可能会指示故障，原因是RESET引起的阶跃响应。 tTRACK的持续时间取决于转换器分辨率，如表27所示。经过 tTRACK之后，应按照“清除故障寄存器”部分所述读取和清除 故障寄存器。读取和清除故障寄存器所需的时间表示为 tFAULT，它由应用所用的DSP/微处理器的接口速度决定。 (请注意，如果位置数据是通过编码器输出获取，则可以在 tTRACK期间监控这些输出。) 表27. tTRACK与分辨率的关系(fCLKIN = 8.192 MHz) A tTRACK (ms) 10 20 25 60 分辨率(位) 10 12 14 16 07467-035 B VDD 4.75V tRST 图36. 顺时针旋转的A、B和NM时序 A和B输出使得AD2S1210加上旋变的解决方案能够直接取 代光学编码器，而无需修改或升级现有应用软件。 RESET tTRACK tFAULT SAMPLE LOT VALID OUTPUT DATA DOS 图37. 上电时序控制和复位 Rev. A | Page 31 of 36 07457-036 NM AD2S1210 电路动态特性 RDC闭环传递函数： 环路响应模型 θIN c 1 – z–1 k1 × k2 – (13) VELOCITY 1 – az–1 1 – bz–1 Sin/Cos LOOKUP c 1 – z–1 θOUT 07467-037 ERROR (ACCELERATION) 图38. RDC系统响应框图 RDC是一种混合信号器件，利用两个ADC对来自旋变的信 号进行数字化处理，并利用Type II跟踪环路将其转换为数字 的位置和速度字。 第一增益级包括正弦/余弦输入端的ADC增益和输入第一 积分器的误差信号的增益。第一积分器产生一个与速度成 比例的信号。补偿滤波器包含一个极点和一个零点，用于 提供相位裕量并减小高频噪声增益。第二积分器与第一积 分器相同，用于从速度信号产生位置输出。正弦/余弦查找 表具有单位增益。参数k1、k2、a、b和c的值如表28所示。 下列公式为图38所示各模块的传递函数，这些公式合并便 构成了完整RDC系统的环路响应。 闭环幅度和相位响应为二阶低通滤波器的幅度和相位响应 (见图11和图12)。 为将G(z)转换到s平面，用下式替换z，以执行双线性逆变换： 2 +s z= t (14) 2 −s t 其中t为采样周期(1/4.096 MHz ≈ 244 ns)。 替换后，开环传递函数G(s)为： (15) 此变换可产生低频(f < fSAMPLE)时的最佳匹配。在这种频率(在 AD2S1210的闭环带宽范围内)，该传递函数可以简化为： (16) 积分器1和积分器2传递函数： (10) 其中： 补偿滤波器传递函数 (11) RDC开环传递函数： 求解各值可得到t1、t2和Ka，如表29所示。 表28. RDC系统响应参数 参数 k1(标称值) k2 a b c 说明 ADC增益 误差增益 补偿器零点系数 补偿器极点系数 积分器增益 10位分辨率 1.8/2.5 6 × 106 × 2π 8187/8192 509/512 1/1,024,000 12位分辨率 1.8/2.5 18 × 106 × 2π 4095/4096 4085/4096 1/4,096,000 Rev. A | Page 32 of 36 14位分辨率 1.8/2.5 82 x 106 × 2π 8191/8192 16,359/16,384 1/16,384,000 16位分辨率 1.8/2.5 66 × 106 × 2π 32,767/32,768 32,757/32,768 1/65,536,000 AD2S1210 表29. 环路传递函数参数与分辨率的关系(fCLKIN = 8.192 MHz) 分辨率(位) 10 12 14 16 t1 (ms) 0.4 1 2 8 t2 (ms) 42 91 160 728 Ka (sec ) 39.6 × 106 6.5 × 106 1.6 × 106 92.7 × 103 −2 误差源 加速度 采用Type II伺服环路的跟踪转换器不存在速度延迟，但却存 在与加速度有关的误差。此误差可利用转换器的加速度常 数(Ka)进行量化。 Ka = 请注意，闭环响应描述为： (17) 输入加速度 跟踪误差 (18) 变换可得： 将计算结果转换到s域，便能量化开环直流增益(Ka)。此值 可用于计算环路的加速度误差(参见误差源部分)。 跟踪误差 = 输入加速度 Ka (19) 对10°阶跃输入的阶跃响应如图10、图11、图12和图13所 示。对179°阶跃输入的阶跃响应如图14、图15、图16和图17 所示。作为对加速度阶跃变化的响应，AD2S1210表现出与 对位置阶跃变化相同的响应特征。 分子和分母的单位必须一致。AD2S1210的最大加速度由用 户应用可接受的最大跟踪误差决定。例如，如果可接受的 最大跟踪误差为5°，则最大加速度定义为产生5°输出位置 误差(即当器件指示LOT时)的加速度。 典型性能参数部分中的图18和图19显示了AD2S1210针对各 分辨率设置的幅度和相位响应。 下例显示了在一个12位应用中，如何通过最大跟踪误差 (5°)计算最大加速度： 最大加速度 典型性能参数部分中的图20至图23显示了AD2S1210在各分 辨率设置下的跟踪误差与加速度响应的关系。 Rev. A | Page 33 of 36 AD2S1210 外形尺寸 9.20 9.00 SQ 8.80 1.60 MAX 37 48 36 1 PIN 1 1.45 1.40 1.35 0.15 0.05 SEATING PLANE 0.20 0.09 7° 3.5° 0° 0.08 COPLANARITY VIEW A 7.20 7.00 SQ 6.80 TOP VIEW (PINS DOWN) 12 13 VIEW A 0.50 BSC LEAD PITCH ROTATED 90° CCW COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-026-BBC 24 25 0.27 0.22 0.17 051706-A 0.75 0.60 0.45 图39. 48引脚薄型四方扁平封装[LQFP] (ST-48) 图示尺寸单位：mm 订购指南 型号1 AD2S1210ASTZ AD2S1210BSTZ AD2S1210CSTZ AD2S1210DSTZ AD2S1210WDSTZ 2 AD2S1210WDSTZRL72 EVAL-AD2S1210EDZ 1 2 温度范围 −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C −40°C至+125°C 封装描述 48引脚 LQFP 48引脚 LQFP 48引脚 LQFP 48引脚 LQFP 48引脚 LQFP 48引脚 LQFP 评估板 Z = 符合RoHS标准的器件。 通过汽车应用认证。 Rev. A | Page 34 of 36 封装选项 ST-48 ST-48 ST-48 ST-48 ST-48 ST-48 AD2S1210 注释 Rev. A | Page 35 of 36 AD2S1210 注释 ©2008–2010 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D07467sc-0-2/10(A) Rev. A | Page 36 of 36