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机器人位置传感器应用更青睐哪种ADC?

发布日期:2022-01-15 09:41浏览次数:517


 不管是工业机器人还是移动机器人,要实现精准的位置控制一定少不了位置传感器。位置传感器的种类很多,用在机器人领域的也不少,各色各异的位置传感器让机器人在定位精度上不断向毫米级靠拢。在所有用于位置传感的器件里,往往都少不了一个核心器件——ADC。

作为信号链的核心,ADC的地位随着5G、人工智能、物联网、汽车电子等新兴应用的崛起愈发重要。在机器人革命中,一个柔性的、智能的、高效的机器人当然也离不开这个高性能的核心器件。那么在机器人应用中,或者说在机器人位置传感应用中,ADC又该有怎样的性能?

ADI

 

在机器人应用上,集多种功能于一体的高速小尺寸ADC无疑是很受机欢迎。我们先看 AD7380,这是ADI在机器人位置传感上首推的一个型号。作为一款小型的,双通道同步采样16 bit ADC,AD7380适用于各种空间约束的应用,其简化的AFE和数字后端易于集成。


(图源:ADI)

AD7380属于逐次逼近(SAR)型ADC,除了双通道同步采样,高速和低功耗也是必须具备的性能。高速和低功耗可以说是ADI旗下所有ADC芯片都具备的优势点,毕竟ADI作为稳坐ADC市场头把交椅的厂商肯定是有其独到之处的。

AD7380的数据吞吐速率最高可达4MSPS,模拟输入类型为差分,接收宽共模输入电压,在CS下降沿进行采样和转换。从信噪比来看,AD7380的SNR典型值可以到92.5dB(@3.3V),如果采用×16 OSR ,SNR可到101dB。显然,这个级别的SNR数值足够让人放心,不必担心该ADC内混杂在信号里的噪声。同时,AD7380内集成的片内过采样模块能改善动态范围并在更低带宽下降低噪声,还能降低SCLK速度要求。为了防止器件受干扰不能达到16 bit分辨率,AD7380中还增加了分辨率增强功能。另外其中加入的小采样电容,可以降低放大器的驱动负担。

AD7380的转换过程和数据采集过程均采用标准控制输入,可与微处理器或数字信号处理器(DSP)轻松接口。在封装上则采用了16引脚LFCSP封装,3mm×3mm的小尺寸可以适应各种对空间有约束的应用。

这里不得不提一款AD7380-4型号,是ADI预发布的一款高性能ADC,其性能和AD7380相比稍有不同。

(图源:ADI)

AD7380-4同样是16 bit ADC系列,但不同于AD7380的是它是四路同步采样,吞吐速率依然4 MSPS。这个系列的SNR为91dB,同样集成了片内过采样模块,改善动态范围并在更低带宽下降低噪声后SNR为98.6dB。不同的是,AD7380-4的过采样模块可以将分辨率提高最多两位。

AD7380-4转换过程和数据采集均为标准控制输入,转换结果可以通过四线模式同时输出以获得更快的吞吐量,或者在允许较低的吞吐量时通过单线串行模式输出。性能上比AD7380略有提升,尺寸上因采用了24 引脚 LFCSP所以会稍大一些。

在机器人应用上,这种集多种功能于一体的高速小尺寸ADC无疑是很受机器人厂商青睐的,尤其是在编码器设计上。

TI

 

在电容式电感式位置传感器、LVDT位置传感器、光学ToF位置传感器以及超声波位置传感器上,TI的 Δ-Σ ADC应用得也相当广泛,其中ADS1220更是这些位置传感器中的常客。

(图源:TI)

ADS1220作为一款具有PGA、VREF、IDAC和SPI接口的24 bit ADC,其集成性之高已可见一斑。集成2.048V基准电压漂移仅为5ppm/℃;集成振荡器拥有2% 的精准度;集成的温度传感器精度0.5℃。多种特性的集成能够明显降低系统成本,还能减少小型传感器信号测量应用中的组件数量。

ADS1220能够以高达2kSPS的采样数据速率进行采集与转换,并且能够在单周期内稳定。针对噪声环境中的工业应用,当采样频率为20SPS时,数字滤波器可同时提供50Hz和60Hz抑制。该器件的功耗极低,在禁用PGA后的占空比模式下仅有120μA。而该PGA能提供最高128V/V的增益,因此对于小型的位置传感器来说,低功耗低噪声的ADS1220无疑是很适配的选择。

小结

 

从ADI和TI对于机器人位置传感推出的ADC来看,空间受限光学编码器需要小尺寸高分辨率的ADC来提供高精度信号处理和可靠的通信。而对于大部分机器人位置传感器来说,低功耗和高集成性的ADC系列仍然是最先考虑的选择。