作者：Gavin Bakshi

即使銷售了成百上千甚至上百萬個產品，許多公司也會在他們售出的每一個產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。隨著技術的進步，為了進行更精細的打標，這些系統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模轉換器（DAC）非常小心地引導激光器。

圖1：激光切割機

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。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為模擬電機控制環路提供輸出

隨著需要蝕刻的產品越來越小（如PCB和一些消費品），激光打標系統的精度必須提高。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，會轉換為DAC輸出可用的電壓階躍數量。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分辨率轉換為代碼數的計算(16到20位)

利用20位?DAC性能的激光打標系統還有哪些優勢？如果電機的全轉等于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，現有系統的分辨率為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。激光打標系統中的任何故障都會對最終蝕刻產生不利影響。由于控制環路具有多級傳遞函數，此類系統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邏輯，設計人員使用各種復雜的技術以優化性能。造成電機振動的一個關鍵因素是DAC由于輸入代碼到代碼變化而產生的尖峰脈沖。DAC11001A和DAC91001具有非常低的1nV-s代碼到代碼、與代碼無關的尖峰脈沖輸出。這是通過集成跟蹤保持電路實現的，該電路將DAC的輸出與內部梯形電阻網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，這在激光打標系統設計中非常重要。

其他資源

• 查看應用簡介“DACx1001實現超高精度閉環控制系統設計。

• 了解激光系統設計的其他TI解決方案。