[發明專利]單電源CMOS集成電路自整角機/旋轉變壓器－數字轉換技術

有效

• 申請號: 200810023440.3
• 申請日: 2008-04-14
• 公開（公告）號: CN101281041A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 徐大林;陳大科;郭俊彥;方紀村;高文政;程蜀煒
• 申請（專利權）人: 連云港杰瑞電子有限公司
• 主分類號: G01D5/14
• 分類號: G01D5/14
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司
• 代理人: 劉喜蓮

技術領域

本發明是屬于集成電路技術領域，特別是一種單電源通用型CMOS集成電路自整角機/旋轉變壓器-數字轉換技術。

背景技術

自整角機是一種感應式機電元件，用于自動控制、同步傳遞和計算解答系統中，將轉軸的轉角變換為電氣信號、或將電氣信號變換為轉軸的轉角，實現角度數據的遠距離發送、接收和變換，達到自動指示角度、位置、距離和指令的目的。

旋轉變壓器是一種輸出電壓隨轉子轉角變化的信號元件。當勵磁繞組以一定頻率的交流電壓勵磁時，輸出繞組的電壓與轉子轉角的函數關系成正弦、余弦函數關系。它主要用于坐標變換、三角運算和角度數據傳輸。

自整角機/旋轉變壓器作為軸角位移測量元件，具有測量精度高、結構簡單，運行可靠，主要應用于要求精度、可靠性都很高的環境，同其它角度測量方法相比，自整角機/旋轉變壓器用于角度測量具有明顯的優勢。

1、從性能上看：由于自整角機/旋轉變壓器內部沒有任何電子元件，它的抗振性、耐溫性、抗腐蝕性、抗灰塵及油污及抗干擾性等方面都具有很好的性能，能適應任何環境的使用要求，具有極高的可靠性。而光電式、光柵式、磁電式傳感器內部集成了很多電子元器件，容易受振動、溫度、腐蝕性氣體、灰塵及油污以及光源的壽命影響，其抗干擾性能也不如自整角機和旋轉變壓器。

2、從使用上看：用自整角機/旋轉變壓器組成的軸角測量系統，具有工作范圍寬，能夠直接傳遞360°圓周角的位移信息，而且在遠距離傳輸信息時無需機械聯系。安裝尺寸選擇空間大，可以從直徑20mm～200mm都有，并且外形尺寸不受分辨率的影響；傳感器與數據處理部分之間連接方便，只需5條或6條連線。

自整角機/旋轉變壓器作為軸角測量元件，為自動控制系統提供低成本、高精度的位置傳感器。在工業檢測控制領域中，需要把自整角機信號/旋轉變壓器信號轉換成數字信號用于微處理器或計算機進行數據處理。目前，實現自整角機/旋轉變壓器-數字轉換方式有兩種，一種是采用國外公司生產的專用芯片組裝，由于專用芯片價格高，產品的費用高于其它角度測量的方式。一種是采用D/A轉換器、運算放大器、電阻網絡等分離元件組成的編碼電路，這種轉換方式采用分體式結構，不可避免地需要使用大量的分離元件，存在以下缺陷：體積大，元件分布比較分散，不能實現系統元件高密度安裝，體積比較大。可靠性差，使用了大量分離元件，集成度低，降低了系統的可靠性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種體積小、精度高、成本低的單電源CMOS集成電路自整角機/旋轉變壓器-數字轉換技術。

本發明所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現的。本發明是一種單電源CMOS集成電路自整角機/旋轉變壓器-數字轉換技術，其特點是，它對自整角機信號/旋轉變壓器信號進行數字化處理，把自整角機信號/旋轉變壓器信號轉換成二進制數字信號，它由固態控制變壓器電路、交流誤差放大電路、相敏解調電路、積分電路、壓控振蕩電路和數字控制電路組成；它采用單電源的標準CMOS集成電路工藝，將上述電路集成在單個芯片上，實現角度量到數字轉換。

本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現。以上所述的轉換技術，其特點是，三線輸入的自整角機信號或四線輸入的旋轉變壓器信號被轉換成低電壓的正余弦信號V1和V2，同可逆計數器產生的數字角φ在固態控制變壓器電路中求和，經交流誤差放大電路后輸出一個誤差信號KEoSin(θ-φ)，這個誤差信號經相敏解調電路、積分電路、壓控振蕩電路和數字控制電路組成的一個閉環回路，尋找Sin(θ-φ)的零點；當這一過程完成時，數字控制電路的數字角φ等于信號輸入軸角θ。其中：θ是自整角機的軸角；K是變比；Eo是基準電壓的幅值；ω是載波頻率，即激磁電壓的角頻率。

本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現。以上所述的轉換技術，其特點是，固態控制變壓器電路采用高6位分段電路和低10位細分電路，高6位分段電路將角度變化量0°-360°分解到0°-5.625°，低10位細分電路采用R-2R電阻的D/A轉換器，構成一個模擬乘法器，實現0°-5.625°范圍內的模擬角度到數字角度的轉換。

本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現。以上所述的轉換技術，其特點是，交流誤差放大電路采用交流耦合放大電路消除電路中的直流信號，誤差信號KEoSin(θ-φ)通過帶通濾波器使高頻噪聲下降到回路帶寬之內。