高精度正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子技術(shù)領域，特別涉及一種高精度正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬實現(xiàn)結(jié) 構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著最近幾年內(nèi)伺服系統(tǒng)、火炮系統(tǒng)等對角度或角速度高精度采集的要求，正余 弦旋轉(zhuǎn)變壓器由于其采樣精度高，結(jié)構(gòu)簡單，被廣泛應用在對高精度角度或角速度的采集 系統(tǒng)中，其使用越來越廣，而且對其參數(shù)要求更是趨于多樣化。
[0003] 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作為角度或角速度的傳感器，其輸入?yún)⒖夹盘栆话愣际钦倚?號，該輸入?yún)⒖夹盘枮檎嘞倚D(zhuǎn)變壓器的激磁信號，通過正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)部變壓器 結(jié)構(gòu)輸出正余弦信號，輸出的正余弦的電壓幅值與輸入角度成一定比例關系。為了讀取正 余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬量，就需要后級接解調(diào)模塊，將其輸出的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， 實現(xiàn)對正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入角度的解調(diào)。在研發(fā)和生產(chǎn)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)模塊 時，需要提供對應的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，由于系統(tǒng)對采集角度的高精度要求，對應的高精度 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器成本往往很高，對設計后級解調(diào)模塊提供不太現(xiàn)實，同時加上高精度正 余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的多樣化，迫切的需要在研發(fā)或生產(chǎn)解調(diào)模塊時，采用一種設備完成對各 種高精度正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種高精度正余弦旋轉(zhuǎn)變 壓器的模擬實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，一方面基于FPGA，采用DDS技術(shù)，實現(xiàn)對高精度正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸 入?yún)⒖夹盘柕哪M；另一方面是利用高精度的模擬乘法器以及象限選擇開關，實現(xiàn)對高精 度正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出正余弦信號的模擬。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種高精度正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，包括參考信號生成模塊和正余弦 信號生成模塊，其中：
[0007]所述參考信號生成模塊包括：
[0008] 存儲有一個周期正弦波數(shù)據(jù)的ROM;
[0009] 與該ROM連接的用于產(chǎn)生ROM地址的計數(shù)器；
[0010 ]與該ROM輸出連接的用于數(shù)模轉(zhuǎn)換的DAC;
[0011]以及與該DAC輸出連接的用于進行差分放大形成參考信號的運放；
[0012]所述正余弦信號生成模塊包括：
[0013]與所述參考信號連接的DAC乘法器，其輸出為第一象限正余弦信號；
[0014]以及，與所述的第一象限正余弦信號連接的四象限切換電路，其輸出為360°正余 弦信號。
[0015] 所述參考信號生成模塊選用AD公司的AD9954,有源晶振選用32.768M，使輸出正弦 波的頻率調(diào)節(jié)精度達到1Hz;AD9954的20腳、21腳輸出兩路正弦波電流信號，在電阻R48、R51 上還原成電壓信號，經(jīng)差分放大合成一個信號，作為參考信號。
[0016] 所述四象限切換電路由模擬開關ADG433和其外圍運放器件構(gòu)成。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對在角度或角速度采集系統(tǒng)中廣泛使用的正余弦旋轉(zhuǎn) 變壓器，要求采集精度大于16位，實現(xiàn)對該高精度正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬。其優(yōu)點在于：
[0018] 1、采用DDS，結(jié)合高分辨的DAC，實現(xiàn)對高精度正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸入?yún)⒖夹盘柕?模擬。
[0019] 2、根據(jù)正余弦旋變變壓器輸出信號的特點以及角度采集精度選擇合理的DAC模擬 乘法器。
[0020] 3、基于FPGA，采用DAC模擬乘法器，在第一象限內(nèi)實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦信號的 模擬輸出。
[0021] 4、采用象限選擇技術(shù)，實現(xiàn)對360度輸出模擬信號的輸出。
[0022]本發(fā)明高精度正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器可在在研發(fā)和測試系統(tǒng)中替代機械的高精度正 余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，同時還可以根據(jù)實際使用參數(shù)隨時對正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器進行調(diào)整，給前 期研發(fā)和測試帶來很多便利。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型高精度正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器模擬實現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖。
[0024]圖2為本實用新型參考信號產(chǎn)生電路的DDS原理介紹。
[0025]圖3為本實用新型基于AD9954的參考信號電路。
[0026]圖4為本實用新型經(jīng)比較后的正弦信號和余弦波形。
[0027]圖5為本實用新型用DAC的乘法器實現(xiàn)的正余弦信號Vsir^PVms的幅值因子sin0和 COS0功能圖。
[0028] 圖6為本實用新型sin( ω t) X sin9和sin( ω t) X cos9四象限切換線路圖。
[0029] 圖7為本實用新型DAC乘法器實現(xiàn)sin( ω t) X sin0和sin( ω t) X cos0的線路圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。
[0031] 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器通過輸入?yún)⒖夹盘朧ref，應滿足公式1。
[0032] Vref = Umaxl X sin( ω t)(公式 1)
[0033] 其中ω =2Jif，f為參考信號的工作頻率，Umaxl為參考信號的最大幅值。
[0034]正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出正余弦信號的幅值與輸入角度有關，具體關系如公式2和 公式3。
[0035] Vsin = Umax2 X sin( ω t) X sinB (公式2)
[0036] Vc〇s = Umax2 X sin( ω t) XcosB (公式3)
[0037] 其中：《=23if，f為參考信號的工作頻率，與正余弦信號同頻率；Θ代表輸入的角 度;Umax2為正余弦信號的最大幅值。
[0038]由公式2和公式3可以得出正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正余弦信號幅值比例與輸入 角度的關系滿足公式4。
[0040] 其中：Vsin代表正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出正弦信號電壓幅值，VCC1S代表正余弦旋轉(zhuǎn)變 壓器輸出余弦信號電壓幅值，Θ代表輸入的角度。
[0041] 根據(jù)以上基本原理，本發(fā)明提供的模擬結(jié)構(gòu)包括：
[0042] 1)參考信號生成模塊
[0043]為了產(chǎn)生不同工作頻率的參考信號和正余弦信號，本發(fā)明基于FPGA，并采用DDS技 術(shù)，產(chǎn)生不同頻率的正弦波信號。
[0044]如圖2，ROM中保存的是一個周期的正弦波數(shù)據(jù)，ROM的地址由加1計數(shù)器產(chǎn)生，ROM 的輸出由DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號。當ROM的地址是14位時，ROM可以保存214= 16384個數(shù)據(jù)點，當 輸入振蕩器的工作頻率= 16384Hz時，輸出正弦波的頻率滿足式公式5。
[0045] F〇ut = 16384/16384 = 1 (Hz)(公式 5)
[0046] 圖2中，將圖2(a)中的加1計數(shù)器改為14位加 n14計數(shù)器，其它參數(shù)不變時，輸出正弦 波的頻率滿足公式6。
[0047] F〇ut=( 16384/16384) Χηι4 = ηι4(Ηζ)(公式6)
[0048] 這里n14為14位正整數(shù)，可見，輸出頻率完全由n14所控制，從而實現(xiàn)變頻控制；
[0049] 圖2(c)中，將圖2(b)中的14位加 n14計數(shù)器改為28位加 n28計數(shù)器，它的輸出只用高 14位，其它參數(shù)不變時，輸出正弦波的頻率滿足式公式7。
[0050] Fout = ( 16384/16384) Xn32/16384(Hz)(公式7)
[0051 ] 這里n28為28位正整數(shù)，又定義
[0052] d = n28/16384 = n32X6· 1035X 10-5 (公式 8)
[0053]這時d為6.1035X 10-5的整數(shù)倍，則輸出正弦波的頻率滿足式公式9。
[0054] F〇sc = d(Hz)(公式 9)
[0055] 可見，輸出頻率可以達到很低的頻率，遠低于1Hz。
[0056] 本申請基于FPGA，DDS芯片選用了 AD公司的AD9954,基于AD9954的DDS電路圖如圖 3〇
[0057] 如圖3,用DDS芯片AD9954產(chǎn)生基準正弦波信號，即參考信號。有源晶振選用 32.768M，可以使輸出正弦波的頻率調(diào)節(jié)精度達到1HZ(3AD9954輸出20腳、21腳兩路正弦波電 流信號，在電阻R48、R 51上還原成電壓信號，經(jīng)差分放大合成一個信號，作為基準信號。
[0058] 2)DAC 乘法器
[0059]為了產(chǎn)生正余弦信號￥8111和￥。。8，需要分別滿足式公式