电路描述
　　AD2S1210是一款完整的10位至16位分辨率跟踪RDC，片内集成可编程正弦波振荡器，为旋变器提供激励。由于工作环境恶劣，AD2S1210（C级和D级）的额定温度范围为-40°C至+125°C的扩展工业温度范围。
　　图1所示的高电流驱动器采用双通道运算放大器AD8397，用来放大AD2S1210参考振荡器激励输出并进行电平转换，从而优化与旋变器的接口。另外一路互补激励驱动电路与图1类似，从而提供一个全差分信号来驱动旋变器初级绕组。AD8397是一款低失真、高输出电流和宽输出动态范围放大器，非常适合与旋变器一同使用。AD8397能将310 mA电流驱动到32Ω负载，以便为旋变器提供所需的功率，而无需使用传统的分立式推挽输出级。传统推挽电路需要额外的元件，与之相比，本文提供的方案可简化驱动器电路，而且功耗更低。AD8397采用8引脚窄体SOIC封装，额定温度范围为-40°C至+85°C工业温度范围。
　　RDC利用正弦信号来确定受正弦波参考信号激励的旋变器的角度位置和/或速度。初级绕组上的旋变器激励参考信号被转换为两个正弦差分输出信号：正弦和余弦。正弦和余弦信号的幅度取决于实际的旋变器位置、旋变器转换比和激励信号幅度。
　　RDC同步采样两个输入信号，以便向数字引擎（即所谓Type II跟踪环路）提供数字化数据。Type II跟踪环路负责计算位置和速度。典型应用电路如图2所示。
　　由于旋变器的输入信号要求，激励缓冲器必须提供高达200 mA的单端电流。图1所示的缓冲电路不仅提供电流驱动能力，而且还提供AD2S1210激励输出信号的增益。
　　典型旋变器的输入电阻在100Ω至200Ω之间，初级线圈必须利用7 V rms的电压激励。
　　AD2S1210的额定频率范围为2 kHz至20 kHz.该转换器支持3.15 V p-p±27%范围的输入信号。采用Type II跟踪环路跟踪输入信号，并将正弦和余弦输入信息转换为输入角度和速度所对应的数字。该器件的额定跟踪速率为3125 rps.
　　在16位分辨率时，位置输出的误差值为±5.3弧分。
　　AD2S1210采用5 V电源供电，用作输出缓冲电路的AD8397要求12 V电源，以便向旋变器提供所需的差分信号幅度。
　　图1显示了AD2S1210和配置为差分驱动器的AD8397的原理图。AD8397一个极具吸引力的特性是，驱动高负载时，其输出能够提供高线性输出电流。例如，驱动32Ω负载时，输出电流可达310 mA，同时保持-80 dBc的无杂散动态范围（SFDR）。由于其高输出电流，AD8397能够为旋变器提供所需的功率，而无需使用分立式推挽电路。

图2 AD2S1210 RDC典型应用电路

图3 分立式推挽驱动式电路

　　对于100Ω至200Ω输入电阻，驱动旋变器所需的电流为200 mA.图3所示的分立方案提供一个推挽输出级，这不仅会增加驱动器电路的成本，而且即使没有信号存在时，也会产生少量静态功耗。
　　图1中的缓冲级可降低功耗并减少元件数，同时实现像推挽电路一样的驱动能力。
　　AD2S1210的激励输出通常在EXC和EXC输出端提供3.6 V p-p正弦信号，由此产生一个7.2 V p-p差分信号。
　　汽车旋变器的典型变换比为0.286.因此，如果将一个单位增益缓冲器配合AD2S1210使用，则旋变器输出的幅度约为差分2 V p-p.这种信号的幅度不足以满足AD2S1210的输入幅度要求。理想情况下，正弦和余弦输入具有差分3.15 V p-p的幅度，因此AD8397必须提供约1.5倍的增益。
　　图1所示激励缓冲器的增益通过电阻R1和R2设置。在电路测试期间，R1和R2电阻的值分别为10 kΩ和15.4 kΩ，对应的增益为1.54.
　　EVAL-AD2S1210SDZ评估板上有跳线选项，可将R2更改为8.66 kΩ，此时提供的增益为0.866.对于转换比为0.5的旋变器，这种增益设置为正弦和余弦输入提供3.12 V p-p差分幅度信号。
　　电阻R3和R4将放大器的共模电压设置为VCM （2） = 3.75 V.激励输出的共模电压为VCM （1） = 2.5 V（中间电源电压），相当于缓冲器输出共模电压约为VCM （OUT） = 5.7 V（12 V电源的大约一半）。
　　由于所选的拓扑结构可以采用单电源供电，因此针对缓冲器选择的运算放大器也必须能够采用单供电轨供电。AD8397采用12 V单电源供电，提供轨到轨输出，因而是理想的选择。
　　测量
　　EVAL-AD2S1210SDZ评估板提供了跳线选项，支持使用图1所示的集成驱动器或图3所示的分立驱动器。
　　图4显示了分立式推挽电路和采用AD8397的集成缓冲器的信号质量。使用Rohde Schwarz RTO1024（快速傅里叶变换FFT）分析输出信号，并测量基波和谐波功率。激励频率设置为10 kHz.
　　增益设置为1.54时，AD8397在两种配置中均提供5.54 V p-p的输出信号。基波功率约为18 dBm，驱动RTO1024的50Ω典型输入阻抗。
　　然后，根据信号的基频和谐波功率值计算信纳比（SINAD）和总谐波失真（THD）。对于推挽电路，SINAD = 50.9615 dB，THD = 25.66%；对于AD8397缓冲器，SINAD = 54.8 dB，THD = 25.51%.这一计算使得两种配置可以相互比较。

图4 推勉和AD8397输出信号对比

　　下一步要证明：即使输出端存在高电流，AD8397电路也能传送激励信号。图5所示的测试电路通过加重输出负载确定AD8397电路性能。

图5 AD8397的带载测试电路

　　AD8397在驱动32Ω负载时可以输出高达310 mA的低失真输出电流。旋变器输入电阻通常在100Ω至200Ω范围内。
　　图6显示了吸收AD8397输出端310 mA电流时的激励信号。输出仍能维持其信号强度，因而能够驱动典型旋变器。

图6 吸收AD8397输出端310mA电流

　　如果连接到旋变器，AD8397提供的激励信号可以在AD2S1210输入范围要求内产生正弦和余弦信号。
　　建议
　　电容C1与电阻R2并联形成一个低通滤波器，用来滤除EXC和EXC输出上存在的任何噪声。选择此滤波器的截止频率时，应确保滤波器所引起的载波相移不超过AD2S1210的锁相范围。注意，C1不是必需的，因为旋变器可以滤除AD2S1210激励输出中的高频成分。
　　在电路验证过程中，旋变器的输出直接连接到AD2S1210输入。用户应用中经常会使用额外调整电阻和/或无源RC滤波器。在AD2S1210之前可以使用额外无源元件，但不要超过产品数据手册规定的AD2S1210锁相范围。外部无源元件可能会导致通道间幅度不匹配误差，这会直接转化为位置误差。因此，信号路径中推荐使用至少1%容差的电阻和5%容差的电容。
　　根据应用和传感器的具体要求，可以更改AD2S1210和AD8397周围的元件值。例如，通过改变电阻值，用户可以调整偏置电压、幅度和缓冲电路输出端的驱动能力。
　　常见变化
　　图1所示的缓冲电路可以在不做任何修改的情况下与ADI公司的其他RDC一起使用，例如AD2S1200和AD2S1205.要改变输出幅度、驱动能力和失调电压，应适当调整无源元件。
　　电路评估与测试
　　可使用EVAL-AD2S1210SDZ评估板来评估和测试AD2S1210及CN-0317电路。CN-0317设计支持包提供了详细原理图、布局布线以及物料清单。
　　EVAL-AD2S1210SDZ用户指南完整说明了如何使用评估板的硬件和软件。
　　设备要求
　　需要以下设备：
　　●带USB端口的Windows 7（或更新版）PC
　　●EVAL-AD2S1210SDZ评估板
　　●EVAL-SDP-CB1Z SDP-B控制板
　　●EVAL-AD2S1210SDZ评估软件
　　●9 V壁式直流电源（随同EVAL-AD2S1210SDZ评估板提供）
　　●旋变器（例如Tamagawa TS2620N21E11）
　　开始使用
　　设置电路评估的步骤如下：
　　1.安装评估软件光盘中的评估软件。安装软件时，确保EVAL-SDP-CB1Z板与PC的USB断开连接。安装之后，PC可能需要重启。
　　2.确保按照EVAL-AD2S1210SDZ用户指南的表2所示配置各种链路选项。
　　3.按照图7所示将SDP板连接到评估板。
　　4.将套件包含的9 V电源适配器连接到评估板上的接头J702.
　　5.通过USB电缆将SDP板连接到PC.
　　6.从程序菜单中的Analog Devices子文件夹下运行评估软件。
　　7.将旋变器的EXC、EXC、SIN、SIN、COS和COS线连接到接头J5和接头J6，如图7所示。

图7 测试设置功能框图

　　测试
　　一旦USB通信建立，EVAL-SDP-CB1Z就可用来发送、接收、采集来自EVAL-AD2S1210SDZ的并行数据。
　　图8为使用该电路测量位置和速度时评估软件采集选项卡的输出显示。
　　图9为EVAL-AD2S1210SDZ评估板与EVAL-SDP-CB1Z板相连的照片。
　　有关测试设置、校准以及如何使用评估软件来捕捉数据的完整详细信息，请参阅EVAL-AD2S1210SDZ评估板用户指南。

图8 评估软件输出显示——采集选项卡中的位置和速度数据

图9 EVAL-AD2S1210SDZ评估板与EVAL-SDP-CB1Z SDP板相连接图片