數(shù)模轉(zhuǎn)換器如何助力激光打標系統(tǒng)提高精度

Other Parts Discussed in Post： DAC11001A， DAC91001

作者：Gavin Bakshi

即使銷售了成百上千甚至上百萬個產(chǎn)品，許多公司也會在他們售出的每一個產(chǎn)品上單獨刻印自己的商標。商標的打標和商標的蝕刻是由激光打標機來完成的，這個過程需要非常高的精度。隨著技術(shù)的進步，為了進行更精細的打標，這些系統(tǒng)的設計者面臨著使激光打標機更加精確的壓力。

使用高強度、低功率激光的激光打標機（圖1）能在手機、手工工具、印刷電路板（PCB）等任何東西上蝕刻出非常精確的設計。為了達到所需的輸出，需要借助一個精確的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）非常小心地引導激光器。

那么DAC是如何控制激光的呢？DAC負責提供非常精確的輸出電壓，該電壓將被用作電機的模擬輸入。DAC的每個特定模擬輸入代碼都與特定的電機位置有關(guān)。此電機負責移動鏡子，該鏡子可在x、y或z平面上重新放置，以引導和反射激光，并將其確定在終端設備上，以改變終端設備的材料表面并蝕刻商標、文本或條形碼。參見圖2。

圖2：TI的DAC11001A為模擬電機控制環(huán)路提供輸出

隨著需要蝕刻的產(chǎn)品越來越?。ㄈ鏟CB和一些消費品），激光打標系統(tǒng)的精度必須提高。TI的DAC11001A和DAC91001分別具有20位和18位分辨率。分辨率作為一項重要參數(shù)，會轉(zhuǎn)換為DAC輸出可用的電壓階躍數(shù)量。例如，18位分辨率有262，144個唯一代碼（見表1），允許從多個電機位置控制激光。20位的DAC具有1，048，576個唯一代碼，提供了更細的粒度和更高的精度。

表1：DAC分辨率轉(zhuǎn)換為代碼數(shù)的計算（16到20位）

利用20位 DAC性能的激光打標系統(tǒng)還有哪些優(yōu)勢？如果電機的全轉(zhuǎn)等于1弧度，你需要什么樣的步長？相較于約1弧度的滿量程范圍，現(xiàn)有系統(tǒng)的分辨率為10微弧度。在理想情況下，這等同于18位的分辨率，但由于存在系統(tǒng)級的非線性，許多設計人員希望達到20位的分辨率。此時，DAC11001A可以通過提供將近四倍數(shù)量的輸出代碼，并通過擴展對電機進行更精細的控制。

另一個需要考慮的問題是電機振動。激光打標系統(tǒng)中的任何故障都會對最終蝕刻產(chǎn)生不利影響。由于控制環(huán)路具有多級傳遞函數(shù)，此類系統(tǒng)對電機殘余振動非常敏感。從選擇低振動電機到使用復雜控制系統(tǒng)邏輯，設計人員使用各種復雜的技術(shù)以優(yōu)化性能。造成電機振動的一個關(guān)鍵因素是DAC由于輸入代碼到代碼變化而產(chǎn)生的尖峰脈沖。DAC11001A和DAC91001具有非常低的1nV-s代碼到代碼、與代碼無關(guān)的尖峰脈沖輸出。這是通過集成跟蹤保持電路實現(xiàn)的，該電路將DAC的輸出與內(nèi)部梯形電阻網(wǎng)絡固有的代碼變化引起的尖峰脈沖隔離。

正如我們所見，激光打標機必須處理許多變量以獲得更高精度。DAC在解決這一問題中起著關(guān)鍵的作用，可以使設計人員的工作更加容易。具有更高的分辨率的創(chuàng)新解決方案可以提高精度、獲得更好的防錯性，這在激光打標系統(tǒng)設計中非常重要。

審核編輯：金巧