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《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》是属于专用集成电路设计领域,特别是提供一种低温漂旋转变压器信号-数字转换器。
旋转变压器信号-数字转换器是现代轴角电子变换技术中的核心器件,可将轴角类模拟信号实时转换成数字角度信号,应用于航天、航空、雷达、火控及工业自动化领域。截至2010年3月,中国国内自主研发的轴角-数字转换器种类少,很长一段时间内都采用分立器件组装的阶段,成本高,体积大且难以批量生产。集成电路各项技术的发展,要求研发低功耗、高性能、大批量的集成电路。已有的轴角类集成电路偏向高精度、多功能、参数外部组件调整、并行输出,用于高端的轴角转换领域。然而在汽车电子、工业控制等低端领域,对高度集成化,长距离串行传输,宽工作温度范围,高跟踪速度等有更多的需求。
图1是《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》转换器的原理框图。
图2是电流基准源电路图。
图3是正余弦乘法器原理框图。
图4是正余弦乘法器高5位分段电路图。
图5是开关-线性组合电路图。
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看看上海赢双电机产的旋转变压器但没有旋转编码器的精度高。但抗干扰比旋转编码器要好一些。稳定一些。
旋转变压器种精密角度、位置、速度检测装置适用于所使用旋转编码器旋转变压器场合特别高温、严寒、潮湿、高速、高震等工作场
7Vrms,这里Vrm指的是有效值,意味着振幅大约为10V。有可能那个英文说明书写错了,不要理它。您可以先加上7Vrms有效值励磁电压试试,如果能正常工作,就是他了。
2016年12月7日,《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》获得第十八届中国专利优秀奖。 2100433B
实施例1
参照图1-2。一种低温漂旋转变压器信号-数字转换器,它由正余弦乘法器、误差放大器、相敏解调及鉴相器、压控振荡器、12位可逆计数器、锁存器、增量编码解码器和串行接口组成;它采用线性兼容CMOS工艺;它采用温度补偿的自举镜像电流基准源,实现与电源电压无关且300K附近温漂接近零的基准电流输出;输入的旋转变压器模拟信号θ经正余弦乘法器时与12位可逆计数器的数字信号φ进行比较,转化为误差电压信号Verror;误差电压信号Verror经误差放大器放大后输入相敏解调及鉴相器,外部参考电压信号REF经相敏解调采样后与误差电压信号鉴相比较,产生速度电压信号VEL,速度电压信号VEL控制压控振荡器输出计数时钟脉冲信号CLK与加减计数信号U/D,使得12位可逆计数器计数,当模拟信号θ与数字信号φ相等时,12位可逆计数器停止计数,数字信号φ经增量编码解码器输出,或者经锁存器与串行接口输出,实现模拟信号到数字信号的转换。
实施例2
参照图1-5。实施例1所述的低温漂旋转变压器信号-数字转换器中,所述的正余弦乘法器由高五位粗精度分段选择电路、低七位高精度线性分段电路和开关控制及解码器组成;所述的高五位粗精度分段选择电路采用开关-线性组合电路,将角度变化量0°-360°分解到0°-11.25°;低七位高精度线性分段电路采用R-2R型D/A转换器;旋转变压器模拟信号θ经高五位粗精度分段选择电路输出二路比较信号Vo1、Vo2,再经低七位高精度线性分段电路产生误差电压信号Verror输出至误差放大器;开关控制及解码器将输入的数字信号φ转化为开关信号K1-12,以控制高五位粗精度分段选择电路、低七位高精度线性分段电路的选择输出。
实施例3
参照图1-5。实施例1或2所述的低温漂旋转变压器信号-数字转换器中,所述的相敏解调及鉴相器由相敏解调器、鉴相器和反馈电路组成;所述的相敏解调器由施密特触发器与积分电路组成,实现不同频率下外部参考电压信号REF与误差电压信号Verror的动态延时采样;所述的鉴相器由CMOS开关与高精度BiCMOS运放组成。
实施例4
参照图1-5。实施例1或2或3所述的低温漂旋转变压器信号-数字转换器中,所述的相敏解调及鉴相器上设有向外输出速度电压信号VEL的输出引脚。
实施例5
参照图1-5。实施例1或2或3或4所述的低温漂旋转变压器信号-数字转换器中,所述的压控振荡器上设有向外输出计数时钟脉冲信号CLK与/或加减计数信号DIR的输出引脚。
《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》所要解决的技术问题是针对2010年3月前技术的不足,提出一种低温漂、完备的轴角信号-数字转换器;它能无需任何外围电路,实现旋转变压器信号-数字的转换。其成本低,同时具有串口和增量编码输出两种输出方式。
《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》是一种低温漂旋转变压器信号-数字转换器,其特点是,它由正余弦乘法器、误差放大器、相敏解调及鉴相器、压控振荡器、12位可逆计数器、锁存器、增量编码解码器和串行接口组成;它采用线性兼容CMOS工艺;它采用温度补偿的自举镜像电流基准源,实现与电源电压无关且300K附近温漂接近零的基准电流输出;输入的旋转变压器模拟信号θ经正余弦乘法器时与12位可逆计数器的数字信号φ进行比较,转化为误差电压信号Verror;误差电压信号Verror经误差放大器放大后输入相敏解调及鉴相器,外部参考电压信号REF经相敏解调采样后与误差电压信号鉴相比较,产生速度电压信号VEL,速度电压信号VEL控制压控振荡器输出计数时钟脉冲信号CLK与加减计数信号U/D,使得12位可逆计数器计数,当模拟信号θ与数字信号φ相等时,12位可逆计数器停止计数,数字信号φ经增量编码解码器输出,或者经锁存器与串行接口输出,实现模拟信号到数字信号的转换。
《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》转换器的系统动态参数所用无源器件如积分电容与电阻,均由集成电路工艺直接实现。不需要外部组件来控制系统动态参数。其带宽由内部可以设定限制在1千赫以内,跟踪速度最高可达500转每秒。
《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的低温漂旋转变压器信号-数字转换器,其特点是,所述的正余弦乘法器由高五位粗精度分段选择电路、低七位高精度线性分段电路和开关控制及解码器组成;所述的高五位粗精度分段选择电路采用开关-线性组合电路,将角度变化量0°-360°分解到0°-11.25°;低七位高精度线性分段电路采用R-2R型D/A转换器;旋转变压器模拟信号θ经高五位粗精度分段选择电路输出二路比较信号Vo1、Vo2,再经低七位高精度线性分段电路产生误差电压信号Verror输出至误差放大器;开关控制及解码器将输入的数字信号φ转化为开关信号K1-12,以控制高五位粗精度分段选择电路、低七位高精度线性分段电路的选择输出。
《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的相敏解调及鉴相器,其特点是,所述的相敏解调及鉴相器由相敏解调器、鉴相器和反馈电路组成;所述的相敏解调器由施密特触发器与积分电路组成,实现不同频率下外部参考电压信号REF与误差电压信号Verror的动态延时采样;所述的鉴相器由CMOS开关与高精度BiCMOS运放组成;它可实现无误差采样。采用负反馈实现动态性能优化,提高系统稳定及跟踪速度。
《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的低温漂旋转变压器信号-数字转换器,其特点是,所述的相敏解调及鉴相器上设有向外输出速度电压信号VEL的输出引脚。
《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的低温漂旋转变压器信号-数字转换器,其特点是,所述的压控振荡器上设有向外输出计数时钟脉冲信号CLK与/或加减计数信号DIR的输出引脚。
《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》旋转变压器信号-数字转换器将所有外围电路集成在集成电路内部,采用线性兼容CMOS(Linear Compatible CMOS,LC2MOS)工艺实现,同时具备双极型工艺的高精度和CMOS工艺低功耗逻辑电路特点。采用自顶向下设计方法,设计具有独立功能的模块。所有动态参数电路集成在集成电路内部。整体电路为II型伺服回路,可实现匀角速度无误差跟踪输出。
其正余弦乘法器可分为高5位粗分电路和低7位R-2R型A/D转换细分电路,粗分电路采用开关-线性组合技术以实现高速线性卦象分割。采用开关电容采样技术,实现模拟信号的精确采样。通过动态延时采样技术,实现不同频率采样,使得跟踪速度最高可达500转每秒。
以下对《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》进行具体的说明。
《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》转换技术的电路总体功能是实现一种低温漂、完备、高跟踪速度的旋转变压器信号-数字转换,其总体工作原理是输入的自整角机模拟信号θ(U1、U2)经正余弦乘法器与12位可逆计数器的数字信号进行比较,转化为误差电压信号Verror。误差电压信号Verror经放大、采样以后产生速度电压信号VEL,速度电压信号VEL可控制压控振荡器输出计数时钟脉冲,以控制计数器计数输出改变数字角。它将全路电路集成在单个芯片上,实现角度量到数字转换,具有体积小、精度高、成本低的特点。
电路功能原理框如图1所示,三线输入的自整角机信号或四线输入的旋转变压器信号差分输入后被转换成低电压的正余弦信号U1和U2,同12位可逆计数器产生的数字角φ在正余弦乘法器中相乘,得到误差电压信号Verror=KEoSin(θ-φ)sinωt(其中K为常数,Eo为输入自整角机信号或旋转变压器信号的有效值,ω为参考信号与输入信号角速度,t为时间),经误差放大器后输经相敏解调器、积分器、压控振荡器和可逆计数器等组成的一个闭环回路,寻找Sin(θ-φ)的零点。当这一过程完成时,可逆计数器的数字角φ等于信号输入轴角θ。
12位固态控制变压器由高5位粗分电路和低7位R-2R型A/D转换细分电路组成。前5位粗分电路电路图如图2所示。前5位相当于一模拟乘法器,可使输入信号Eosinθsinωt和Eocosθsinωt转化为Eosin(θ-n×11.25°)sinωt。其中n为计数器高5位代表的数字角。
开关-线性组合技术电路图见图3,其相当于一个最简单的乘法器,输入信号U1、U2分别为Eosinθsinωt和Eocosθsinωt,适当调整电阻R1、R2、R3阻值和开关K1、K2可使得输出信号为Eosin(θ-ψ)sinωt,其中ψ为任意已知数字角度,在本设计中,使得ψ=n×11.25°。
《低温漂旋转变压器信号-数字转换器》转换器的主要优点是采用CMOS开关电容技术可提高采样精度。将所有外围组件集成在集成电路内部,具有最精简的引脚定义,使得无须额外组件即可实现角度到数字量的跟踪转换。采用零温漂电流基准源实现低温漂。采用动态延时技术,实现输入信号及参考信号的宽工作频率。采用高性能运放、开关-线性组合技术与高速动态参数设计实现高追踪速度。它采用LC2MOS工艺,可兼具双极和CMOS两种工艺长处,由高精度双极运放与低功耗的CMOS数字开关相结合,实现低功耗、高精度与高速度的模拟电路,同时有较好的鲁棒性能。
1.一种低温漂旋转变压器信号-数字转换器,其特征在于:它由正余弦乘法器、误差放大器、相敏解调及鉴相器、压控振荡器、12位可逆计数器、锁存器、增量编码解码器和串行接口组成;它采用线性兼容CMOS工艺;它采用温度补偿的自举镜像电流基准源,实现与电源电压无关且300K附近温漂接近零的基准电流输出;输入的旋转变压器模拟信号θ经正余弦乘法器时与12位可逆计数器的数字信号φ进行比较,转化为误差电压信号Verror;误差电压信号Verror经误差放大器放大后输入相敏解调及鉴相器,外部参考电压信号REF经相敏解调采样后与误差电压信号鉴相比较,产生速度电压信号VEL,速度电压信号VEL控制压控振荡器输出计数时钟脉冲信号CLK与加减计数信号U/D,使得12位可逆计数器计数,当模拟信号θ与数字信号φ相等时,12位可逆计数器停止计数,数字信号φ经增量编码解码器输出,或者经锁存器与串行接口输出,实现模拟信号到数字信号的转换。
2.根据权利要求1所述的低温漂旋转变压器信号-数字转换器,其特征在于:所述的正余弦乘法器由高五位粗精度分段选择电路、低七位高精度线性分段电路和开关控制及解码器组成;所述的高五位粗精度分段选择电路采用开关-线性组合电路,将角度变化量0°-360°分解到0°-11.25°;低七位高精度线性分段电路采用R-2R型D/A转换器;旋转变压器模拟信号θ经高五位粗精度分段选择电路输出二路比较信号Vo1、Vo2,再经低七位高精度线性分段电路产生误差电压信号Verror输出至误差放大器;开关控制及解码器将输入的数字信号φ转化为开关信号K1-12,以控制高五位粗精度分段选择电路、低七位高精度线性分段电路的选择输出。
3.根据权利要求1或2所述的低温漂旋转变压器信号-数字转换器,其特征在于:所述的相敏解调及鉴相器由相敏解调器、鉴相器和反馈电路组成;所述的相敏解调器由施密特触发器与积分电路组成,实现不同频率下外部参考电压信号REF与误差电压信号Verror的动态延时采样;所述的鉴相器由CMOS开关与高精度BiCMOS运放组成。
4.根据权利要求1或2所述的低温漂旋转变压器信号-数字转换器,其特征在于,所述的相敏解调及鉴相器上设有向外输出速度电压信号VEL的输出引脚。
5.根据权利要求1或2所述的低温漂旋转变压器信号-数字转换器,其特征在于,所述的压控振荡器上设有向外输出计数时钟脉冲信号CLK与/或加减计数信号DIR的输出引脚。
旋转变压器信号的A/D转换电路设计
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新型永磁同步电机控制用旋转变压器/数字转换器及其应用
介绍了一种用于永磁同步电机控制的转子位置检测方法。该方法采用了新型旋转变压器/数字转换器AD 2S1200,将旋转变压器输出的模拟信号转化为数字信号。分析了AD 2S1200的工作原理,给出了与TM S320LF2407A的通讯接口方法及程序示例。
为了减少减速器齿轮间隙造成的非线性误差,可采用电气变速式双通道测角系统,即采用多极旋转变压器。它是在一个机体内安装单极和多极两台旋转变压器,而共用一根轴。用单极变压器组成粗通道系统,多极旋转变压器组成精通道系统。这样既能提高精度又能简化结构 。
产品选择时可以按需选用,确实需要超高的精度,超标准的阻值,那么就选高精度的,如果1%的已经可用了,选择0.01%电阻成本就贵很多了。
另外关于温度系数TCR,温度系数也就是温漂,是标示电阻阻值随温度变化大小的值。精密电阻常见温度系数为 JEPSUN: 50PPM/℃,25PPM/℃,15PPM/℃,10PPM/℃,5PPM/℃等。同理,按需选择,越低的温漂,阻值变化越小,电阻越精密,价格也就越贵!
电阻精度和温度系数两者结合选择,这个在仪表、衡器产品上常常遇到,有些地方需要很高的精度并且阻值不能变化太多,另外一些地方只需要低温漂电阻,精度不需要太精确因为可以调节其他元件。这个时候,可以权衡两者了。当然,如果用的数量不大,就没必要苛求电阻小小的成本了,在整理中占的比率太小了,为了产品的稳定和档次,选择更高精度,更低温漂可以为设计和产品使用省去很多的麻烦!
低温漂的电阻可以按按照方式分为贴片低温漂电阻和插件低温漂电阻。贴片式主要为薄膜电阻,插件式有信金属膜电阻和模压电阻等。
电阻技术发展日新月异,这样解析还不完整,更多详细信息可以在百度搜索低温漂电阻,可以找到更多的信息。
旋转变压器的结构和两相绕线式异步电机的结构相似,可分为定子和转子两大部分。定子和转子的铁心由铁镍软磁合金或硅钢薄板冲成的槽状心片叠成。它们的绕组分别嵌入各自的槽状铁心内。定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。转子绕组有两种不同的引出方式。根据转子绕组两种不同的引出方式,旋转变压器分为有刷式和无刷式两种结构形式。
图1是有刷式旋转变压器。它的转子绕组通过滑环和电刷直接引出,其特点是结构简单,体积小,但因电刷与滑环是机械滑动接触的,所以旋转变压器的可靠性差,寿命也较短。
图1 有刷式旋转变压器
图2 无刷式旋转变压器
图2是无刷式旋转变压器。它分为两大部分,即旋转变压器本体和附加变压器。附加变压器的原、副边铁心及其线圈均成环形,分别固定于转子轴和壳体上,径向留有一定的间隙。旋转变压器本体的转子绕组与附加变压器原边线圈连在一起,在附加变压器原边线圈中的电信号,即转子绕组中的电信号,通过电磁耦合,经附加变压器副边线圈间接地送出去。这种结构避免了电刷与滑环之间的不良接触造成的影响,提高了旋转变压器的可靠性及使用寿命,但其体积、质量、成本均有所增加。
常见的旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极,四极绕组则有两对磁极,主要用于高精度的检测系统。除此之外,还有多极式旋转变压器,用于高精度绝对式检测系统。