Применение высокоточного ЦАП CM7502 в лазерных гальванометрических системах

1. Введение

Системы лазерных гальванометров commonly используются для точного управления направлением лазерного луча и широко применяются в лазерной маркировке, гравировке, резке и смежных областях. Гальванометр приводится в движение двигателем — как правило, гальванометрическим двигателем — который может быстро изменять угол отражающего зеркала, тем самым регулируя положение лазерного луча.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) выполняет роль «моста» в системе лазерного гальванометра. Его основная функция заключается в преобразовании цифровых управляющих сигналов в высокоточные аналоговые сигналы для приведения в движение гальванометрического двигателя, что обеспечивает быструю и точную позицию лазерного луча. Производительность ЦАП напрямую определяет точность, скорость и стабильность позиционирования лазера.

CM7502 (конкурирует с LTC2642-16) — это 16-битный небуферизированный ЦАП с напряжением на выходе. Благодаря таким преимуществам, как высокая точность, быстрое время установления выходного сигнала, высокая линейность и низкий уровень шума, он хорошо подходит для применения в системах лазерных гальванометров:

• Высокая точность: 16-битное разрешение обеспечивает точный контроль угла.

• Быстрое время установления выходного сигнала: Время установления всего 1 мкс соответствует динамическому отклику гальванометрических систем и особенно критично для высокоскоростного сканирования.

• Высокая линейность: INL < ±0,4 МЗР, с устойчивой линейностью по всему диапазону температур от –40°C до 125°C, что обеспечивает точный контроль угла и предотвращает отклонение позиции.

• Сверхмалый импульс перехода кода: Импульсы возникают при переходах кода ЦАП; CM7502 обладает одним из самых низких импульсов в отрасли, что обеспечивает плавное управление двигателем.

• Малое потребление энергии: Только 120 мкА ток в режиме покоя и низкая ошибка смещения при нулевом коде в 0,5 МЗР.
  
  

2. Особенности CM7502

• Биполярный выход

• Работа от однополярного источника питания: от 2,7 В до 5,5 В

• Низкое потребление тока: 120 мкА

• Погрешность ИНЛ: ±0,4 МЗР

• Низкий уровень импульсных помех: 0,5 нВ·с

• Короткое время установления: 1 мкс

• Гарантированное монотонное выходное напряжение во всем диапазоне температур

• Выходное напряжение может напрямую управлять нагрузкой 60 кОм

• последовательный интерфейс, совместимый с SPI/QSPI/MICROWIRE на частоте 50 МГц

• Сброс при включении питания устанавливает выход ЦАП на середину шкалы

• асинхронный вывод сброса nCLR

• Компенсация тока опорного источника

• Корпуса MSOP10 (3 мм × 3 мм) и DFN10 (3 мм × 3 мм)

3. Обзор решения

CM7502 работает с внешним опорным напряжением в диапазоне от 2 В до VDD, что обеспечивает чрезвычайно высокую линейность (полный диапазон температур, интегральная нелинейность < ±0,4 МЗР), гарантируя отсутствие отклонений в управлении углом. Кроме того, он практически не подвержен влиянию опорного напряжения, включая смещение и погрешность усиления. Температурный дрейф погрешности усиления почти полностью определяется температурным дрейфом внешнего опорного напряжения. CM7502 использует уникальную технологию компенсации тока источника опорного напряжения, чтобы обеспечить согласованность тока, потребляемого ЦАП от источника опорного напряжения при полном диапазоне выходного кода, что гарантирует сохранение превосходных характеристик линейности ЦАП независимо от внутреннего сопротивления выхода источника опорного напряжения.

Кроме того, CM7502 использует уникальную конструкцию, в которой резисторная сеть специально сгруппирована. Основной переносной флоп (0x7fff0x8000) имеет выброс импульса <0,5 нВ·с, что на порядок меньше, чем у конкурирующих ЦАП аналогичного типа, обеспечивая плавное управление двигателем.

CM7502 оснащён согласованной резисторной сетью, которая в сочетании с внешним операционным усилителем (CM4101) позволяет легко достичь усиления выходного диапазона 1:2; реализовать двухполярный выход напряжения ± VREF. CM4101 — это усилитель, выполненный по отечественной биполярной технологии, обладающий превосходным шумом 1/f и чрезвычайно низким широкополосным шумом; CM4101 имеет более высокую полосу пропускания и скорость нарастания, а в сочетании с CM7502 обеспечивает чрезвычайно быстрое время установления выходного сигнала (как показано на рисунке 1).

Мы предлагаем набор высокоточных источников опорного напряжения, которые могут быть использованы вместе с АЦП/ЦАП: CM5102 — это источник опорного напряжения на базе bandgap с выходным напряжением 2,5 В/3 В и максимальным температурным дрейфом 5 ppm/℃ (-55 ℃~125 ℃); CM5405 — это источник опорного напряжения на базе стабилитрона с выходным напряжением 5 В и максимальным температурным дрейфом 2 ppm/℃ (-55 ℃~125 ℃).