Застосування високоточного ЦАП CM7502 у системах лазерних гальванометрів

1. Вступ

Системи лазерних гальванометрів зазвичай використовуються для точного керування напрямком лазерного променя та широко застосовуються у лазерному маркуванні, гравіруванні, різанні та пов'язаних галузях. Гальванометр приводиться в дію електродвигуном — зазвичай гальванометричним двигуном — який може швидко змінювати кут нахилу дзеркала, відбиваючи лазерний промінь, тим самим регулюючи положення лазерного променя.

Перетворювач із цифрового в аналоговий (ЦАП) виконує роль «моста» у системі лазерного гальванометра. Його основна функція полягає у перетворенні цифрових керуючих сигналів у високоточні аналогові сигнали для керування двигуном гальванометра, що дозволяє швидке та точне позиціювання лазера. Продуктивність ЦАП безпосередньо визначає точність, швидкість і стабільність позиціювання лазера.

CM7502 (конкурує з LTC2642-16) є 16-бітним не буферизованим ЦАП з напруговим виходом. Завдяки таким перевагам як висока точність, швидке встановлення вихідної напруги, висока лінійність і низький рівень шумів, він добре підходить для застосувань у лазерних гальванометричних системах:

• Висока точність: 16-бітне розділення дозволяє точний контроль кута.

• Швидке встановлення вихідного сигналу: Час встановлення лише 1 мкс відповідає динамічній реакції гальванометричних систем і особливо важливий для високошвидкісного сканування.

• Висока лінійність: INL < ±0,4 МР, зі стабільною лінійністю у всьому діапазоні температи від –40°C до 125°C, що забезпечує точний контроль кута та запобігає відхиленню позиції.

• Наднизький імпульс переходу коду: Імпульси перешкод виникають під час переходів коду ЦАП; CM7502 має один з найнижчих показників імпульсів перешкод у галузі, що забезпечує плавний контроль двигуна.

• Мале споживання енергії: Лише 120 мкА струм у стані спокою та низька похибка зсуву нульового коду 0,5 МР.
  
  

2. Особливості CM7502

• Біполярний вихід

• Робота від одного джерела живлення: 2,7 В до 5,5 В

• Малий струм споживання: 120 мкА

• Похибка INL: ±0,4 молодшого біта (LSB)

• Малий імпульс викиду: 0,5 нВ·с

• Короткий час встановлення: 1 мкс

• Гарантована монотонна вихідна напруга в усьому температурному діапазоні

• Вихідна напруга може безпосередньо керувати навантаженням 60 кОм

• послідовний інтерфейс, сумісний із SPI/QSPI/MICROWIRE на частоті 50 МГц

• Скидання при включенні живлення встановлює вихід ЦАП на середнє значення

• асинхронний вивід скидання nCLR

• Компенсація струму джерела опорної напруги

• Корпуси MSOP10 (3 мм × 3 мм) та DFN10 (3 мм × 3 мм)

3. Огляд рішення

CM7502 працює з зовнішнім опорним джерелом напруги в діапазоні від 2 В до VDD, яке характеризується надзвичайно високою лінійністю (повний температурний діапазон INL < ±0,4 LSB), що забезпечує відсутність відхилення кутового керування. При цьому майже не впливають похибки зсуву та похибки підсилення, пов’язані з опорною напругою. Температурний дрейф похибки підсилення практично повністю визначається температурним дрейфом зовнішнього опорного джерела. CM7502 використовує унікальну технологію компенсації струму опорного джерела, що забезпечує сталість струму, який споживає ЦАП від опорного джерела, у всьому діапазоні вихідних кодів, і гарантує, що висока лінійність ЦАП не погіршується через внутрішній опір вихідного сигналу опорного джерела.

Крім того, CM7502 має унікальну конструкцію, яка спеціально групує мережу резисторів. Основний перенос (0x7fff 0x8000) має імпульс вигину <0,5 нВ·с, що на порядок менше, ніж у конкуруючих продуктів ЦАП такого самого типу, забезпечуючи плавне керування двигуном.

CM7502 оснащений узгодженою мережею резисторів, яка в поєднанні з зовнішнім операційним підсилювачем (CM4101) дозволяє легко отримати збільшення вихідного діапазону в 1:2; реалізує двополярний вихід напруги ± VREF. CM4101 — це підсилювач, виготовлений за вітчизняною біполярною технологією, який має відмінний 1/f шум та екстремально низький широкосмуговий шум; CM4101 має більшу смугу пропускання та швидкість наростання, а в поєднанні з CM7502 забезпечує надзвичайно швидкий час встановлення вихідного сигналу (як показано на малюнку 1).

Ми пропонуємо широкий асортимент високоточних джерел опорної напруги, які можна використовувати разом з АЦП/ЦАП: CM5102 є джерелом опорної напруги типу bandgap з вихідною напругою 2,5 В/3 В і максимальним температурним дрейфом 5 ppm/℃ (-55 ℃~125 ℃); CM5405 є джерелом опорної напруги типу Зенера з вихідною напругою 5 В і максимальним температурним дрейфом 2 ppm/℃ (-55 ℃~125 ℃).