不管是工業(yè)機(jī)器人還是移動(dòng)機(jī)器人，要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的位置控制一定少不了位置傳感器。位置傳感器的種類很多，用在機(jī)器人領(lǐng)域的也不少，各色各異的位置傳感器讓機(jī)器人在定位精度上不斷向毫米級(jí)靠攏。在所有用于位置傳感的器件里，往往都少不了一個(gè)核心器件——ADC。

作為信號(hào)鏈的核心，ADC的地位隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等新興應(yīng)用的崛起愈發(fā)重要。在機(jī)器人革命中，一個(gè)柔性的、智能的、高效的機(jī)器人當(dāng)然也離不開這個(gè)高性能的核心器件。那么在機(jī)器人應(yīng)用中，或者說在機(jī)器人位置傳感應(yīng)用中，ADC又該有怎樣的性能？

ADI

在機(jī)器人應(yīng)用上，集多種功能于一體的高速小尺寸ADC無疑是很受機(jī)歡迎。我們先看 AD7380，這是ADI在機(jī)器人位置傳感上首推的一個(gè)型號(hào)。作為一款小型的，雙通道同步采樣16 bit ADC，AD7380適用于各種空間約束的應(yīng)用，其簡(jiǎn)化的AFE和數(shù)字后端易于集成。

AD7380屬于逐次逼近（SAR）型ADC，除了雙通道同步采樣，高速和低功耗也是必須具備的性能。高速和低功耗可以說是ADI旗下所有ADC芯片都具備的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)，畢竟ADI作為穩(wěn)坐ADC市場(chǎng)頭把交椅的廠商肯定是有其獨(dú)到之處的。

AD7380的數(shù)據(jù)吞吐速率最高可達(dá)4MSPS，模擬輸入類型為差分，接收寬共模輸入電壓，在CS下降沿進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換。從信噪比來看，AD7380的SNR典型值可以到92.5dB（@3.3V），如果采用×16 OSR ，SNR可到101dB。顯然，這個(gè)級(jí)別的SNR數(shù)值足夠讓人放心，不必?fù)?dān)心該ADC內(nèi)混雜在信號(hào)里的噪聲。同時(shí)，AD7380內(nèi)集成的片內(nèi)過采樣模塊能改善動(dòng)態(tài)范圍并在更低帶寬下降低噪聲，還能降低SCLK速度要求。為了防止器件受干擾不能達(dá)到16 bit分辨率，AD7380中還增加了分辨率增強(qiáng)功能。另外其中加入的小采樣電容，可以降低放大器的驅(qū)動(dòng)負(fù)擔(dān)。

AD7380的轉(zhuǎn)換過程和數(shù)據(jù)采集過程均采用標(biāo)準(zhǔn)控制輸入，可與微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）輕松接口。在封裝上則采用了16引腳LFCSP封裝，3mm×3mm的小尺寸可以適應(yīng)各種對(duì)空間有約束的應(yīng)用。

這里不得不提一款A(yù)D7380-4型號(hào)，是ADI預(yù)發(fā)布的一款高性能ADC，其性能和AD7380相比稍有不同。

AD7380-4同樣是16 bit ADC系列，但不同于AD7380的是它是四路同步采樣，吞吐速率依然4 MSPS。這個(gè)系列的SNR為91dB，同樣集成了片內(nèi)過采樣模塊，改善動(dòng)態(tài)范圍并在更低帶寬下降低噪聲后SNR為98.6dB。不同的是，AD7380-4的過采樣模塊可以將分辨率提高最多兩位。

AD7380-4轉(zhuǎn)換過程和數(shù)據(jù)采集均為標(biāo)準(zhǔn)控制輸入，轉(zhuǎn)換結(jié)果可以通過四線模式同時(shí)輸出以獲得更快的吞吐量，或者在允許較低的吞吐量時(shí)通過單線串行模式輸出。性能上比AD7380略有提升，尺寸上因采用了24 引腳 LFCSP所以會(huì)稍大一些。

在機(jī)器人應(yīng)用上，這種集多種功能于一體的高速小尺寸ADC無疑是很受機(jī)器人廠商青睞的，尤其是在編碼器設(shè)計(jì)上。

TI

在電容式電感式位置傳感器、LVDT位置傳感器、光學(xué)ToF位置傳感器以及超聲波位置傳感器上，TI的 Δ-Σ ADC應(yīng)用得也相當(dāng)廣泛，其中ADS1220更是這些位置傳感器中的?？?。

ADS1220作為一款具有PGA、VREF、IDAC和SPI接口的24 bit ADC，其集成性之高已可見一斑。集成2.048V基準(zhǔn)電壓漂移僅為5ppm/℃；集成振蕩器擁有2% 的精準(zhǔn)度；集成的溫度傳感器精度0.5℃。多種特性的集成能夠明顯降低系統(tǒng)成本，還能減少小型傳感器信號(hào)測(cè)量應(yīng)用中的組件數(shù)量。

ADS1220能夠以高達(dá)2kSPS的采樣數(shù)據(jù)速率進(jìn)行采集與轉(zhuǎn)換，并且能夠在單周期內(nèi)穩(wěn)定。針對(duì)噪聲環(huán)境中的工業(yè)應(yīng)用，當(dāng)采樣頻率為20SPS時(shí)，數(shù)字濾波器可同時(shí)提供50Hz和60Hz抑制。該器件的功耗極低，在禁用PGA后的占空比模式下僅有120μA。而該P(yáng)GA能提供最高128V/V的增益，因此對(duì)于小型的位置傳感器來說，低功耗低噪聲的ADS1220無疑是很適配的選擇。

小結(jié)

從ADI和TI對(duì)于機(jī)器人位置傳感推出的ADC來看，空間受限光學(xué)編碼器需要小尺寸高分辨率的ADC來提供高精度信號(hào)處理和可靠的通信。而對(duì)于大部分機(jī)器人位置傳感器來說，低功耗和高集成性的ADC系列仍然是最先考慮的選擇。