摘 要：介紹了一種利用軸角位置測(cè)量元件即旋轉(zhuǎn)變壓器，其控制頻率為400 Hz的正弦波信號(hào)，經(jīng)調(diào)制處理使相位角與特定電壓值相對(duì)應(yīng)，產(chǎn)生出兩路相位差為90°的信號(hào)，采用模擬電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)其電路原理進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，說(shuō)明了它可工作在比較惡劣環(huán)境中。以其所具有的高精度和小體積的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)信號(hào)； 處理器； 高精度； 模擬電路

中圖分類號(hào)：

TN710-34

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2011)19

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Implementation of Multi-functional Rotating Signal Processor

ZHAO Jing-ping1， LIU Chuang-jun1， LIU Bo-ping1， XIAN Jun-xian1， CHEN Xu-hui2

(1. Shaanxi Sanheng Electronic Technology Co. Ltd.， Xi’an 710065， China; 2.Xidian University， Xi’an 710071， China)

Abstract： A multi-functional rotating signal processor is introduced whose main functions are measuring the element-rotating transformer by axis-angle position， controlling the sine wave signal with 400 Hz frequency， modulating and processing the phase angle which is correspondent with the specific voltage value， and generating two-channel signals whose phase diffe-rence is 90°. A design method of using analog circuit is introduced. The design scheme has high precision and small size， which can be applied to many fields.

Keywords： rotating signal; processor; high accuracy; analog circuit

多功能旋轉(zhuǎn)信號(hào)處理器的主要功能是利用軸角位置測(cè)量元件——旋轉(zhuǎn)變壓器控制頻率為400 Hz的正弦波信號(hào)，經(jīng)解調(diào)處理使相位角與特定電壓值相對(duì)應(yīng)，產(chǎn)生出兩路相位差為90°的信號(hào)，送入系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)計(jì)算填彈系統(tǒng)的位置，對(duì)保證火控系統(tǒng)的正常工作具有重要意義。在此介紹一種采用模擬電路設(shè)計(jì)的方法，利用系統(tǒng)給出的正弦波作為載波信號(hào)，與正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，將所產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)送入乘法電路，實(shí)現(xiàn)正余弦兩路信號(hào)的解調(diào)，再通過(guò)濾波、反相比例電路實(shí)現(xiàn)其功能，達(dá)到使用要求。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 基本方案

產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。實(shí)驗(yàn)中采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源來(lái)模擬系統(tǒng)輸入信號(hào)，輸出頻率為400 Hz，峰-峰值為6 V的正弦波作為VCA信號(hào)，DSB1和DSB2分別為正余弦的調(diào)制信號(hào)。OUT1，OUT2則為兩路輸出。

1.2 電路原理

電路原理如圖2所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)方案

圖2 電路原理框圖

1.3 工作原理概述(以下按余弦進(jìn)行分析計(jì)算)

當(dāng)Ω分別為0°，45°，90°時(shí)，余弦輸出為Uo，0.707 Uo，0，再利用比例放大控制Uo為2.5，同時(shí)疊加2.5 V的直流分量，則可得到最終余弦輸出為：

輸入信號(hào)相位： 0° 45° 90°

輸出信號(hào)： 5 V 4.26 V 2.5 V

同樣利用正弦信號(hào)調(diào)制可得到另一路輸出信號(hào)。

2 信號(hào)解調(diào)的實(shí)現(xiàn)

電路中對(duì)雙邊DSB信號(hào)進(jìn)行的解調(diào)是極為關(guān)鍵的一步。在產(chǎn)品中經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，沒(méi)有選用通用的平衡調(diào)制解調(diào)器，而是通過(guò)采樣保持電路(乘法器)實(shí)現(xiàn)解調(diào)的目的。

(1) 原理組成

信號(hào)解調(diào)主要由乘法器和低通濾波器組成，其基本組成如圖3所示。

實(shí)際乘法電路如圖4所示。

3 低通濾波

低通濾波器是通過(guò)低頻信號(hào)抑制或衰減高頻信號(hào)的。由于電路中存在著通過(guò)放大電路輸入線或電源線進(jìn)入的干擾，為得到良好的輸出信號(hào)，需對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行濾波?？紤]到信號(hào)頻率較低，采用了反相輸入的一階LPF。

由以上可以看出，電路的輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓之差成正比，實(shí)現(xiàn)了差動(dòng)比例運(yùn)算。在輸入信號(hào)不變的條件下，調(diào)節(jié)電阻R3和R4，可改變輸出信號(hào)的幅值和電位。在實(shí)際電路中，在此使用了兩個(gè)精密電位器，使電路調(diào)整更為方便。

由上式可知，合理地選擇電路各部分的電阻阻值，可得出如圖7所示的輸出波形。由模擬驗(yàn)證得知，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖7 正弦輸出信號(hào)波形

6 多功能旋轉(zhuǎn)信號(hào)處理器的關(guān)鍵設(shè)計(jì)

為了更好地保證產(chǎn)品性能，根據(jù)產(chǎn)品自身的特點(diǎn)和對(duì)方要求，將產(chǎn)品低通濾波器的RC網(wǎng)絡(luò)和調(diào)節(jié)輸出信號(hào)幅值和電位的電阻外接，便于使用調(diào)整。

6.1 對(duì)產(chǎn)品通道一致性的考慮及設(shè)計(jì)

保證通道一致性，不但從器件的選型及性能上入手，而且根據(jù)公司工藝特點(diǎn)，引入跟蹤調(diào)阻的方法。在電路中加入了吸收網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)嚴(yán)格控制運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓，解決了最低輸出電位：2.5 V±10 mV的難題，從而滿足產(chǎn)品性能指標(biāo)的要求。

6.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用50.8×50.8淺腔式全密封金屬外殼底座，引線鍍金，外殼鍍鎳，該套材料合格分供商生產(chǎn)工藝已很成熟，便于采購(gòu)。為了便于整機(jī)組裝，并能經(jīng)得起振動(dòng)、沖擊等機(jī)械試驗(yàn)，產(chǎn)品內(nèi)部盡量采用適合平面組裝的片式元件，這樣大大簡(jiǎn)化了組裝工藝。封裝采用全密封技術(shù)，密封在干燥、清潔的氮?dú)庵羞M(jìn)行，蓋與底座之間進(jìn)行平行縫焊封裝，封后細(xì)檢的漏氣率小于500×10-6 kPa#8226;cm3/s，保證產(chǎn)品的氣密性、可靠性。

7 測(cè)試及用戶使用情況

在產(chǎn)品的研制過(guò)程中，與用戶保持密切聯(lián)系，積極配合，認(rèn)真聽(tīng)取意見(jiàn)， 并將設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及時(shí)反饋，順利通過(guò)了檢測(cè)檢驗(yàn)，初樣、正樣都取得了對(duì)方的認(rèn)可，產(chǎn)品性能指標(biāo)滿足使用要求。電特性如表1所示，多功能旋轉(zhuǎn)信號(hào)處理器測(cè)試電路原理圖如圖8所示。

8 結(jié) 語(yǔ)

該電路經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，各部分工作正常，已經(jīng)成功運(yùn)用在某系統(tǒng)中，使用效果良好。該方案不僅達(dá)到了實(shí)現(xiàn)正余弦、高精度的要求，還具有使用靈活方便、可靠性高、體積小、成本低等特點(diǎn)，是一種理想的電路模塊。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］李清泉，黃昌寧.集成運(yùn)算放大器原理與應(yīng)用\\.北京：科學(xué)出版社，1984.

［2］鄭福元，周立飛，虎軒東.厚薄膜混合集成電路:設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用\\.北京：科學(xué)出版社，1984.

［3］童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)\\.北京：高等教育出版社，2001.

［4］霰軍憲，邵立群，張杰.基于低失真、高精度可調(diào)正弦波發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)\\.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（18）：134-137.

［5］霰軍憲，邵立群，王軍.一種新型智能功率模塊(IPM)\\.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34(3):171-175.

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