CN107356268B

CN107356268B - 一种旋转变压器到数字的差分转换方法

Info

Publication number: CN107356268B
Application number: CN201710561445.0A
Authority: CN
Inventors: 杨波; 陈大科; 宋西鹏; 朱林; 顾天天; 褚艳明; 颜玲龙
Original assignee: Lianyungang Jierui Electronics Co Ltd
Current assignee: Lianyungang Jierui Electronics Co Ltd
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2020-07-14
Anticipated expiration: 2037-07-11
Also published as: CN107356268A

Abstract

一种旋转变压器到数字的差分转换方法，整体电路由差分固态变压电路、差分转换电路、相敏电路、积分电路、压控振荡电路、计数电路组成；旋转变压器输入的参考信号RH进入相敏、输入的模拟角θ输入差分固态变压电路后与数字角φ合成两个误差信号，在经过差分转换电路变为单路的sin（θ‑φ）信号，再经过相敏电路、积分电路、压控振荡电路和计数电路产生数字角φ，最后数字角φ在差分固态变压电路与模拟角θ比较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，数字控制电路的数字角φ等于信号模拟角θ,最后输出数字角φ。采用差分转换方法的电路具有较好的抗干扰能力和可靠性。可以用于宇航、钻探、船舶、武器系统等恶劣环境中。

Description

一种旋转变压器到数字的差分转换方法

技术领域

本发明是属于信号模拟与测试技术领域，特别是一种旋转变压器到数字的差分转换方法。

背景技术

旋转变压器信号-数字转换器就是将旋转变压器信号转换成数字角度信号，是现代轴角电子变换技术中的核心器件，广泛应用于航天、航空、雷达、火控及工业自动化领域。现有的旋转变压器信号-数字采用单一转换结构，抗干扰能力差，可靠性差，不适用于恶劣环境，可靠性要求高的环境中使用。当转换器受到外界干扰时，由于模拟角θ会产生突变，一般的单端转换电路，只对+SINθ和+COSθ信号进行转换，模拟角θ会产生突变会直接引起精度变化，抗干扰能力差。在高温恶劣环境中，受环境应力影响，单端电路会产生转换误差，降低可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种旋转变压器到数字的差分转换方法，它能实现旋转变压器信号输出，且转换抗干扰能力强，可靠性高。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种旋转变压器到数字的差分转换方法，其特点是：实现该方法的整体电路由差分固态变压电路、差分转换电路、相敏电路、积分电路、压控振荡电路、计数电路组成。其转换方法为：旋转变压器输入的参考信号RH进入相敏、输入的模拟角θ（包括+SINθ、-SINθ、+COSθ、-COSθ四个信号）输入差分固态变压电路后与数字角φ合成两个误差信号+sin(θ-φ)和-sin(θ-φ)，在经过差分转换电路变为单路的sin（θ-φ）信号，再经过相敏电路、积分电路、压控振荡电路和计数电路产生数字角φ，最后数字角φ在差分固态变压电路与模拟角θ比较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，数字控制电路的数字角φ等于信号模拟角θ,最后输出数字角φ。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的方法来进一步实现。以上所述的一种旋转变压器到数字的差分转换方法，其特点是：差分固态变压电路分为正差分固态变压电路和负差分固态变压电路，其中正差分固态变压电路接收+SINθ、+COSθ信号，输出+sin(θ-φ)信号，负差分固态变压电路接收-SINθ、-COSθ信号，输出-sin(θ-φ)信号。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的方法来进一步实现。以上所述的一种旋转变压器到数字的差分转换方法，其特点是：正分差分固态变压电路和负差分差分固态变压电路两种电路结构相同，由方向选择电路、比例切换电路、比例调整电阻、DAC电路和数字控制电路组成；由D1~D6控制开关G1~G10，对比例切换电路的输出比例进行控制；由D7~D16对DAC电路进行控制。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的方法来进一步实现。以上所述的一种旋转变压器到数字的差分转换方法，其特点是：所述的比例切换电路由电阻，运放和开关组成；Vin1、Vin2为输入信号，Vout1、Vout2为输出信号，K1~K4为开关信号；AX1~ AX3为运放；RA1~ RA6为大小相等的内部电阻；RX1、RY1、RX2、RY2为外部比例调整电阻；电路输入信号Vin1、Vin2通过电阻RA1、RA2变为u1=（Vin1+Vin2）/2，u1通过放大运放AX1和外部的比例调整电阻RX1、RY1，得到电压u3=u1*（RX1+RY1）/RX1；Vin1、u3通过电阻RA3、RA4变为u2=（Vin1+u3）/2；u3、Vin2通过电阻RA5、RA6变为u4=（u3+Vin2）/2；u5由开关K1~K3选择Vin1，u3，Vin2，其中当K1=1，K2=0，K3=0时，u5=Vin1；当K1=0，K2=1，K3=0时，u5= u3；当K1=0，K2=0，K3=1时，u5=Vin2；u6由开关K4选择u2，u4；其中当K4=0时，u6=u2；当K4=1时，u6=u4；输出信号Vout1=u5；u6通过放大运放AX3和外部的比例调整电阻RX2、RY2，得到输出信号Vout2=u6*（RX2+RY2）/RX2。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的方法来进一步实现。以上所述的一种旋转变压器到数字的差分转换方法，其特点是：差分转换电路由运放、电阻组成，将输入的两个误差信号+sin(θ-φ)和-sin(θ-φ)变为单路的sin（θ-φ）。

现有技术中，当转换器受到外界干扰时，由于模拟角θ会产生突变，一般的单端转换电路，只对+SINθ和+COSθ信号进行转换，模拟角θ会产生突变会直接引起精度变化，抗干扰能力差。在高温恶劣环境中，受环境应力影响，单端电路会产生转换误差，降低可靠性。

而本发明差分转换方法在转换器受到外界干扰时，模拟角θ会产生突变时，+SINθ、-SINθ和+COSθ、-COSθ两组信号会一起变化，通过差分电路转换时会直接抵消，不引起精度变化，抗干扰能力强。在高温恶劣环境中，受环境应力影响，转换误差也会在差分电路中抵消，提高电路可靠性。采用本发明差分转换方法后，电路具有较好的抗干扰能力和可靠性。可以用于宇航、钻探、船舶、武器系统等恶劣环境中。具有较高的经济价值和国防价值。

附图说明

图1为本发明方法的一种原理框图；

图2为本发明方法中差分固态变压电路框图；

图3为本发明方法中正/负差分固态变压电路框图；

图4为本发明方法中方向选择电路框图；

图5为本发明方法中比例转换电路框图；

图6为本发明方法中差分转换电路图。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例1，一种单芯片旋转变压器信号-数字转换方法，整体电路由差分固态变压电路、差分转换电路、相敏电路、积分电路、压控振荡电路、计数电路组成。其工作原理为：旋转变压器输入的参考信号RH进入相敏、输入的模拟角θ（包括+SINθ、-SINθ、+COSθ、-COSθ四个信号）输入差分固态变压电路后与数字角φ合成两个误差信号+sin(θ-φ)和-sin(θ-φ)，在经过差分转换电路变为单路的sin（θ-φ）信号，再经过相敏电路、积分电路、压控振荡电路和计数电路产生数字角φ，最后数字角φ在差分固态变压电路与模拟角θ比较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，数字控制电路的数字角φ等于信号模拟角θ,最后输出数字角φ。

其结构如图1所示。其中φ是二进制角度分为D1~D16，D1对应180°、D2对应90°、……、D16对应0.0054931640625°。

差分转换方法在转换器受到外界干扰时，模拟角θ会产生突变时，+SINθ、-SINθ和+COSθ、-COSθ两组信号会一起变化，通过差分电路转换时会直接抵消，不引起精度变化，抗干扰能力强。在高温恶劣环境中，受环境应力影响，转换误差也会在差分电路中抵消，提高电路可靠性。

实施例2，在实施例1所述的转换方法中，差分固态变压电路分为正差分固态变压电路和负差分固态变压电路，其中正差分固态变压电路接收+SINθ、+COSθ信号，输出+sin(θ-φ)信号，负差分固态变压电路接收-SINθ、-COSθ信号，输出-sin(θ-φ)信号。其结构如图2所示。其中正差分固态变压电路输入Vin1口接入+SINθ信号、输入Vin2端口接入+COSθ信号，经过与数字角φ（D1~D16）比较输出Vout端口+sin(θ-φ) 信号；负差分固态变压电路输入Vin1端口接入-SINθ信号、输入Vin2端口接入-COSθ信号，经过与数字角φ（D1~D16）比较输出Vout端口-sin(θ-φ) 信号。

实施例3，在实施例２所述的转换方法中，正分差分固态变压电路和负差分差分固态变压电路两种电路结构相同，由方向选择电路（其结构如图4所示）、比例切换电路（其结构如图5所示）、比例调整电阻（R21~R28）、DAC电路和数字控制电路组成。由D1~D6控制开关G1~G10，对比例切换电路的输出比例进行控制。由D7~D16对DAC电路进行控制。其结构如图3所示。

在方向选择电路中（其结构如图4所示），当输入控制信号K1为0时，输出与输入信号相同信号，Vout=Vin。当输入控制信号K1为1时，输出与输入信号相反信号，Vout=-Vin。

比例调整电阻比例为：R21：R23=1：0.4141；R23：R24= 1：0.0824；R25：R26= 1：0.0196；R27：R28= 1：0.0048。

数字控制电路组成逻辑组成为：

实施例4，在实施例４所述的转换方法中，比例切换电路由电阻，运放和开关组成。其结构如图5所示。Vin1、Vin2为输入信号，Vout1、Vout2为输出信号，K1~K4为开关信号。AX1~ AX3为运放。RA1~ RA6为大小相等的内部电阻。RX1、RY1、RX2、RY2为外部比例调整电阻。电路输入信号Vin1、Vin2通过电阻RA1、RA2变为u1=（Vin1+Vin2）/2，u1通过放大运放AX1和外部的比例调整电阻RX1、RY1，得到电压u3=u1*（RX1+RY1）/RX1。Vin1、u3通过电阻RA3、RA4变为u2=（Vin1+u3）/2。u3、Vin2通过电阻RA5、RA6变为u4=（u3+Vin2）/2。u5由开关K1~K3选择Vin1，u3，Vin2，其中当K1=1，K2=0，K3=0时，u5=Vin1；当K1=0，K2=1，K3=0时，u5= u3；当K1=0，K2=0，K3=1时，u5=Vin2。u6由开关K4选择u2，u4。其中当K4=0时，u6=u2；当K4=1时，u6=u4。输出信号Vout1= u5。u6通过放大运放AX3和外部的比例调整电阻RX2、RY2，得到输出信号Vout2=u6*（RX2+RY2）/RX2。

实施例5，在实施例1－4任何一项所述的转换方法中，差分转换电路由运放、电阻组成，将输入的两个误差信号+sin(θ-φ)和-sin(θ-φ)变为单路的sin（θ-φ），其结构如图6所示。Vin1、Vin2为输入信号，Vout为输出信号，AY1为运放。RB1~RB4为电阻。其中RB1=RB2，RB3=RB4，RB1：RB3=2：1。所以输出信号为Vout=RB3/RB1（Vin2-Vin1）=1/2（Vin2-Vin1）；输入信号Vin2=+sin(θ-φ)，Vin1=-sin(θ-φ)，输出Vout=1/2（Vin2-Vin1）可以得到：Vout=1/2*2sin(θ-φ)=sin(θ-φ)。

Claims

1.一种单芯片旋转变压器信号-数字转换方法，其特征在于：整体电路由差分固态变压电路、差分转换电路、相敏电路、积分电路、压控振荡电路和计数电路组成；

旋转变压器输入的参考信号RH进入相敏、输入的模拟角θ包括+SINθ、-SINθ、+COSθ、-COSθ四个信号输入差分固态变压电路后与数字角φ合成两个误差信号+sin(θ-φ)和-sin(θ-φ)，在经过差分转换电路变为单路的sin（θ-φ）信号，再经过相敏电路、积分电路、压控振荡电路和计数电路产生数字角φ，最后数字角φ在差分固态变压电路与模拟角θ比较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，数字控制电路的数字角φ等于信号模拟角θ,最后输出数字角φ；

其中φ是二进制角度分为D1~D16，D1对应180°、D2对应90°、……、D16对应0.0054931640625°;

差分转换方法在转换器受到外界干扰时，模拟角θ会产生突变时，+SINθ、-SINθ和+COSθ、-COSθ两组信号会一起变化，通过差分电路转换时会直接抵消，不引起精度变化；在高温恶劣环境中，受环境应力影响，转换误差也会在差分电路中抵消；

差分固态变压电路分为正差分固态变压电路和负差分固态变压电路，其中正差分固态变压电路接收+SINθ、+COSθ信号，输出+sin(θ-φ)信号，负差分固态变压电路接收-SINθ、-COSθ信号，输出-sin(θ-φ)信号；其中正差分固态变压电路输入Vin1口接入+SINθ信号、输入Vin2端口接入+COSθ信号，经过与D1~D16数字角φ比较输出Vout端口+sin(θ-φ) 信号；负差分固态变压电路输入Vin1端口接入-SINθ信号、输入Vin2端口接入-COSθ信号，经过与D1~D16数字角φ比较输出Vout端口-sin(θ-φ) 信号；

正分差分固态变压电路和负差分差分固态变压电路两种电路结构相同，由方向选择电路、比例切换电路、比例调整电阻R21~R28、DAC电路和数字控制电路组成；由D1~D6控制开关G1~G10，对比例切换电路的输出比例进行控制；由D7~D16对DAC电路进行控制；在方向选择电路中，当输入控制信号K1为0时，输出与输入信号相同信号，Vout=Vin；当输入控制信号K1为1时，输出与输入信号相反信号，Vout=-Vin；

比例调整电阻比例为：R21：R23=1：0.4141；R23：R24= 1：0.0824；R25：R26= 1：0.0196；R27：R28= 1：0.0048；

数字控制电路组成逻辑组成为：

比例切换电路由电阻，运放和开关组成；

Vin1、Vin2为输入信号，Vout1、Vout2为输出信号，K1~K4为开关信号;

AX1~ AX3为运放；RA1~ RA6为大小相等的内部电阻；RX1、RY1、RX2、RY2为外部比例调整电阻；电路输入信号Vin1、Vin2通过电阻RA1、RA2变为u1=（Vin1+Vin2）/2，u1通过放大运放AX1和外部的比例调整电阻RX1、RY1，得到电压u3=u1*（RX1+RY1）/RX1；Vin1、u3通过电阻RA3、RA4变为u2=（Vin1+u3）/2;

u3、Vin2通过电阻RA5、RA6变为u4=（u3+Vin2）/2；u5由开关K1~K3选择Vin1，u3，Vin2，其中当K1=1，K2=0，K3=0时，u5=Vin1；当K1=0，K2=1，K3=0时，u5= u3；当K1=0，K2=0，K3=1时，u5=Vin2;

u6由开关K4选择u2，u4；其中当K4=0时，u6=u2；当K4=1时，u6=u4；输出信号Vout1= u5;

u6通过放大运放AX3和外部的比例调整电阻RX2、RY2，得到输出信号Vout2=u6*（RX2+RY2）/RX2；

差分转换电路由运放、电阻组成，将输入的两个误差信号+sin(θ-φ)和-sin(θ-φ)变为单路的sin（θ-φ）；Vin1、Vin2为输入信号，Vout为输出信号，AY1为运放；RB1~RB4为电阻；其中RB1=RB2，RB3=RB4，RB1：RB3=2：1；输出信号为Vout=RB3/RB1（Vin2-Vin1）=1/2（Vin2-Vin1）；输入信号Vin2=+sin(θ-φ)，Vin1=-sin(θ-φ)，输出Vout=1/2（Vin2-Vin1）得到：Vout=1/2*2sin(θ-φ)=sin(θ-φ)。