[發明專利]高精度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: 200810023441.8
• 申請日: 2008-04-14
• 公開（公告）號: CN101281042A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 方紀村;陳大科;徐大林;郭俊彥;夏偉;奚志林
• 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

本發明屬于集成電路技術領域，特別是涉及一種高精度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。它可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機電元件。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/旋轉變壓器內部只有兩組線圈，沒有任何電子元件，所以它的抗振性、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、磁電式軸角傳感器內部集成了處理電路和其它電子元器件，其受振動、溫度、腐蝕性氣體、灰塵及油污的影響較大，并且光電式還受到光源的壽命影響，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只需5條或6條連線，免去其它類型編碼器10～20條連線的麻煩。

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-數字轉換方式通常采用的D/A轉換器、運算放大器、電阻網絡等分離元件組成的電路，這種方式實現的直流電壓信號，系統采用分體式結構，不可避免地需要使用大量的分離元件，往往存在以下缺陷：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、功耗低的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上的技術方案來實現的。本發明是一種高精度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，實現自整角機信號/旋轉變壓器信號到二進制數字信號的轉換，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、合成參考電路、壓控振蕩電路和數字控制電路組成，并采用集成電路技術將上述電路集成在單個芯片上。

本發明所要解決的技術方案來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，輸入放大器A₁、A₂將三線輸入的自整角機信號或四線輸入的旋轉變壓器信號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KEsin(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；E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方案來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中采用開關電容技術。

本發明所要解決的技術方案來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，所述的固態控制變壓器電路采用兩級粗分和一級細分電路，第一級粗分電路將角度變化量0°-360°分解到0°-11.25°；第二級粗分電路采用線性分段電阻分壓的原理分解到0°-0.703°；細分電路采用電荷定標的D/A轉換器，構成一個模擬乘法器。