تطبيق المحول التناظري الرقمي عالي الدقة CM7502 في أنظمة الجالفانومتر الليزري

1. مقدمة

تستخدم أنظمة الجالفانومتر الليزر عادةً للتحكم الدقيق في اتجاه شعاع الليزر وتطبق على نطاق واسع في وضع علامات بالليزر والنقش والقطع والتطبيقات ذات الصلة. يتم تشغيل مقياس الكهرباء بواسطة محرك - عادة ما يكون محرك مقياس الكهرباء - يمكن أن يغير زاوية المرآة العاكسة بسرعة ، وبالتالي ضبط موقع شعاع الليزر.

يعمل محول رقمي إلى تشبيه (DAC) كجسر في نظام غالفانومتر الليزر. وظيفتها الأساسية هي تحويل إشارات التحكم الرقمية إلى إشارات التناظرية عالية الدقة لدفع محرك غالفانومتر ، مما يتيح تحديد موقع الليزر بسرعة ودقة. أداء DAC يحدد مباشرة دقة وسرعة واستقرار تحديد موقع الليزر.

CM7502 (المنافسة مع LTC2642-16) هو 16-بيت غير المخزنة الجهد الخروج DAC. مع مزايا مثل الدقة العالية ، والإستقرار السريع للإنتاج ، والخطية العالية ، والضوضاء المنخفضة ، فهي مناسبة بشكل جيد لتطبيقات غالفانومتر الليزر:

• دقة عالية: تتيح دقة 16 بت التحكم الدقيق في الزاوية.

• استقرار المخرجات بسرعة: زمن استقرار لا يتجاوز 1 ميكروثانية، وهو ما يتماشى مع الاستجابة الديناميكية لأنظمة الجالفانومتر، ويُعد أمرًا بالغ الأهمية خاصةً في عمليات المسح عالية السرعة.

• خطية عالية: الانحراف التكاملي غير الخطي (INL) أقل من ±0.4 LSB، مع خطية مستقرة عبر مدى درجة الحرارة الكامل من –40°م إلى 125°م، مما يضمن التحكم الدقيق في الزاوية وتجنب الانحراف الموضعي.

• خلل انتقالي للشفرة منخفض جدًا: تحدث نبضات الخلل أثناء انتقالات شفرة المحول التناظري (DAC)، وتتميز الشريحة CM7502 بأحد أدنى معدلات النبضات الخاطئة في القطاع، مما يضمن تحكمًا سلسًا في المحرك.

• استهلاك طاقة منخفض: تيار استعداد منخفض يبلغ فقط 120 ميكروأمبير وخطأ منخفض في إزاحة الشفرة الصفرية بمقدار 0.5 LSB.
  
  

2. ميزات الشريحة CM7502

• مخرج ثنائي القطب

• تشغيل بواسطة مصدر طاقة واحد: من 2.7 فولت إلى 5.5 فولت

• تيار استهلاك منخفض: 120 مايكروأمبير

• خطأ INL: ±0.4 وحدة أقل بت

• نبضة خطأ منخفضة: 0.5 نانوفولت.ثانية

• زمن استقرار قصير: 1 مايكروثانية

• ضمان جهد الخرج الأحادي (monotonic) ضمن مدى درجة الحرارة الكامل

• يمكن لمخرج الجهد أن يقود مباشرةً حمل بقيمة 60 كيلو أوم

• واجهة تسلسلية متوافقة مع SPI/QSPI/MICROWIRE بسرعة 50 ميجا هرتز

• إعادة التشغيل تجبر مخرج المحول الرقمي التناظري (DAC) على القيمة الوسطى

• دبوس إعادة تعيين غير متزامن nCLR

• تعويض تيار مصدر المرجع

• الحزم MSOP10 (3 مم × 3 مم) وDFN10 (3 مم × 3 مم)

3. نظرة عامة على الحل

يعمل الجهاز CM7502 مع مصدر جهد مرجعي خارجي يتراوح بين 2 فولت وVDD، ويتميز بخطية عالية جداً (INL < ±0.4 LSB ضمن مدى درجات الحرارة بالكامل)، مما يضمن عدم وجود أي انحراف في التحكم بالزاوية. كما أنه تقريباً غير متأثر بجهد المرجع، سواء من حيث خطأ الإزاحة أو خطأ الكسب. ويُحدد الانجراف الحراري لخطأ الكسب بشكل شبه كامل حسب الانجراف الحراري للمصدر المرجعي الخارجي. يستخدم الجهاز CM7502 تقنية تعويض تيار المصدر المرجعي الفريدة لضمان اتساق التيار المستمد من المصدر المرجعي بواسطة المحول الرقمي إلى التناظري (DAC) عند إخراج جميع الرموز، مما يضمن ألا تتأثر الأداء الممتاز للخطية الخاصة بالمحول الرقمي إلى التناظري سلباً بسبب مقاومة الخرج الداخلية للمصدر المرجعي.

بالإضافة إلى ذلك، يعتمد CM7502 تصميمًا فريدًا يقوم بشكل خاص على تجميع شبكة المقاومات. ويتميز الـ main carry flip (0x7fff0x8000) بنبضة زائدة تبلغ أقل من 0.5 نانوفولت·ثانية، وهي أصغر بمرتبة واحدة من منتجات DAC المنافسة من نفس النوع، مما يضمن تحكّم ناعلاً في المحرك.

يأتي CM7502 مزوّدًا بشبكة مقاومات مطابقة، والتي يمكنها عند دمجها مع مُضخّم تشغيلي خارجي (CM4101) بسهولة تحقيق تضخيف بمقدار 1:2 لمدى الخرج؛ وتحقيق خرج جهد ثنائي القطب ± VREF. ويُعدّ CM4101 مُضخّمًا يستخدم رقا من عملية البوليستور المحلية، ويتميز بضجيج 1/f الممتاز وضجيج عريض النطاق المنخفض للغاية؛ كما يتميز CM4101 بعرض نطاق تتردد أعلى ومعدل ارتفاع أعلى، وباستخدامه مع CM7502 يمكن تحقيق زمن إعداد إشارة الخرج فائق السرعة (كما يُظهر الشكل 1).

نقدم مجموعة من مصادر الإشارة عالية الدقة التي يمكن استخدامها بالتزامن مع المحولات التناظرية-الرقمية/الرقمية-التناظرية: CM5102 هو مصدر إشارة مرجعي باندغاب بإخراج 2.5 فولت/3 فولت، وانحراف حراري أقصاه 5 جزء في المليون/درجة مئوية (-55 درجة مئوية ~ 125 درجة مئوية)؛ وCM5405 هو مصدر إشارة مرجعي زينر بإخراج 5 فولت، وانحراف حراري أقصاه 2 جزء في المليون/درجة مئوية (-55 درجة مئوية ~ 125 درجة مئوية).