使用高強(qiáng)度、低功率激光的激光打標(biāo)機(jī)（圖1）能在手機(jī)、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(shè)計(jì)。為了達(dá)到所需的輸出，需要借助一個(gè)精確的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）非常小心地引導(dǎo)激光器。

 

圖1：激光切割機(jī)

 

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

 

圖2：TI的DAC11001A為模擬電機(jī)控制環(huán)路提供輸出

 

隨著需要蝕刻的產(chǎn)品越來(lái)越小（如PCB和一些消費(fèi)品），激光打標(biāo)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(xiàng)重要參數(shù)，會(huì)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(gè)唯一代碼（見(jiàn)圖3），允許從多個(gè)電機(jī)位置控制激光。20位的DAC具有1,048,576個(gè)唯一代碼，提供了更細(xì)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(jì)算(16到20位)

 

利用20位 DAC性能的激光打標(biāo)系統(tǒng)還有哪些優(yōu)勢(shì)？如果電機(jī)的全轉(zhuǎn)等于1弧度，你需要什么樣的步長(zhǎng)？相較于約1弧度的滿(mǎn)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(jí)的非線(xiàn)性，許多設(shè)計(jì)人員希望達(dá)到20位的分辨率。此時(shí)，DAC11001A可以通過(guò)提供將近四倍數(shù)量的輸出代碼，并通過(guò)擴(kuò)展對(duì)電機(jī)進(jìn)行更精細(xì)的控制。 

 

另一個(gè)需要考慮的問(wèn)題是電機(jī)振動(dòng)。激光打標(biāo)系統(tǒng)中的任何故障都會(huì)對(duì)最終蝕刻產(chǎn)生不利影響。由于控制環(huán)路具有多級(jí)傳遞函數(shù)，此類(lèi)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)殘余振動(dòng)非常敏感。從選擇低振動(dòng)電機(jī)到使用復(fù)雜控制系統(tǒng)邏輯，設(shè)計(jì)人員使用各種復(fù)雜的技術(shù)以?xún)?yōu)化性能。造成電機(jī)振動(dòng)的一個(gè)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(wú)關(guān)的尖峰脈沖輸出。這是通過(guò)集成跟蹤保持電路實(shí)現(xiàn)的，該電路將DAC的輸出與內(nèi)部梯形電阻網(wǎng)絡(luò)固有的代碼變化引起的尖峰脈沖隔離。 

 

正如我們所見(jiàn)，激光打標(biāo)機(jī)必須處理許多變量以獲得更高精度。DAC在解決這一問(wèn)題中起著關(guān)鍵的作用，可以使設(shè)計(jì)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(cuò)性，這在激光打標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要。

 

其他資源

 

查看應(yīng)用簡(jiǎn)介“DACx1001實(shí)現(xiàn)超高精度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。”

了解激光系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他TI解決方案。

 

 

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