高精度正余弦旋转变压器的模拟实现结构制造技术

一种高精度正余弦旋转变压器的模拟实现结构，包括参考信号生成模块和正余弦信号生成模块，参考信号生成模块包括：存储有一个周期正弦波数据的ROM；与该ROM连接的用于产生ROM地址的计数器；与该ROM输出连接的用于数模转换的DAC；以及与该DAC输出连接的用于进行差分放大形成参考信号的运放；余弦信号生成模块包括：与参考信号连接的DAC乘法器，其输出为第一象限正余弦信号；以及与的第一象限正余弦信号连接的四象限切换电路，其输出为360°正余弦信号；本实用新型专利技术通过低位数的DAC模拟乘法器得出高位数正余弦旋变变压器输出信号，完成了在第一象限内实现对旋转变压器正余弦信号的模拟输出，同时实现了对360°输出模拟信号的输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子
，特别涉及一种高精度正余弦旋转变压器的模拟实现结构。
技术介绍
随着最近几年内伺服系统、火炮系统等对角度或角速度高精度采集的要求，正余弦旋转变压器由于其采样精度高，结构简单，被广泛应用在对高精度角度或角速度的采集系统中，其使用越来越广，而且对其参数要求更是趋于多样化。正余弦旋转变压器作为角度或角速度的传感器，其输入参考信号一般都是正弦信号，该输入参考信号为正余弦旋转变压器的激磁信号，通过正余弦旋转变压器内部变压器结构输出正余弦信号，输出的正余弦的电压幅值与输入角度成一定比例关系。为了读取正余弦旋转变压器输出的模拟量，就需要后级接解调模块，将其输出的模拟量转换为数字量，实现对正余弦旋转变压器的输入角度的解调。在研发和生产正余弦旋转变压器解调模块时，需要提供对应的正余弦旋转变压器，由于系统对采集角度的高精度要求，对应的高精度正余弦旋转变压器成本往往很高，对设计后级解调模块提供不太现实，同时加上高精度正余弦旋转变压器的多样化，迫切的需要在研发或生产解调模块时，采用一种设备完成对各种高精度正余弦旋转变压器的模拟。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种高精度正余弦旋转变压器的模拟实现结构，一方面基于FPGA，采用DDS技术，实现对高精度正余弦旋转变压器输入参考信号的模拟；另一方面是利用高精度的模拟乘法器以及象限选择开关，实现对高精度正余弦旋转变压器输出正余弦信号的模拟。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高精度正余弦旋转变压器的模拟实现结构，包括参考信号生成模块和正余弦信号生成模块，其中：所述参考信号生成模块包括：存储有一个周期正弦波数据的ROM；与该ROM连接的用于产生ROM地址的计数器；与该ROM输出连接的用于数模转换的DAC；以及与该DAC输出连接的用于进行差分放大形成参考信号的运放；所述正余弦信号生成模块包括：与所述参考信号连接的DAC乘法器，其输出为第一象限正余弦信号；以及，与所述的第一象限正余弦信号连接的四象限切换电路，其输出为360°正余弦信号。所述参考信号生成模块选用AD公司的AD9954，有源晶振选用32.768M，使输出正弦波的频率调节精度达到1Hz；AD9954的20脚、21脚输出两路正弦波电流信号，在电阻R48、R51上还原成电压信号，经差分放大合成一个信号，作为参考信号。所述四象限切换电路由模拟开关ADG433和其外围运放器件构成。与现有技术相比，本专利技术针对在角度或角速度采集系统中广泛使用的正余弦旋转变压器，要求采集精度大于16位，实现对该高精度正余弦旋转变压器的模拟。其优点在于：1、采用DDS，结合高分辨的DAC，实现对高精度正余弦旋转变压器输入参考信号的模拟。2、根据正余弦旋变变压器输出信号的特点以及角度采集精度选择合理的DAC模拟乘法器。3、基于FPGA，采用DAC模拟乘法器，在第一象限内实现对旋转变压器正余弦信号的模拟输出。4、采用象限选择技术，实现对360度输出模拟信号的输出。本专利技术高精度正余弦旋转变压器可在在研发和测试系统中替代机械的高精度正余弦旋转变压器，同时还可以根据实际使用参数随时对正余弦旋转变压器进行调整，给前期研发和测试带来很多便利。附图说明图1为本技术高精度正余弦旋转变压器模拟实现结构框图。图2为本技术参考信号产生电路的DDS原理介绍。图3为本技术基于AD9954的参考信号电路。图4为本技术经比较后的正弦信号和余弦波形。图5为本技术用DAC的乘法器实现的正余弦信号Vsin和Vcos的幅值因子sinθ和cosθ功能图。图6为本技术sin(ωt)×sinθ和sin(ωt)×cosθ四象限切换线路图。图7为本技术DAC乘法器实现sin(ωt)×sinθ和sin(ωt)×cosθ的线路图。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。正余弦旋转变压器通过输入参考信号Vref，应满足公式1。Vref＝Umax1×sin(ωt)(公式1)其中ω＝2πf，f为参考信号的工作频率，Umax1为参考信号的最大幅值。正余弦旋转变压器输出正余弦信号的幅值与输入角度有关，具体关系如公式2和公式3。Vsin＝Umax2×sin(ωt)×sinθ(公式2)Vcos＝Umax2×sin(ωt)×cosθ(公式3)其中：ω＝2πf，f为参考信号的工作频率，与正余弦信号同频率；θ代表输入的角度；Umax2为正余弦信号的最大幅值。由公式2和公式3可以得出正余弦旋转变压器输出的正余弦信号幅值比例与输入角度的关系满足公式4。VsinVcos=tanθ]]>(公式4)其中：Vsin代表正余弦旋转变压器输出正弦信号电压幅值，Vcos代表正余弦旋转变压器输出余弦信号电压幅值，θ代表输入的角度。根据以上基本原理，本专利技术提供的模拟结构包括：1)参考信号生成模块为了产生不同工作频率的参考信号和正余弦信号，本专利技术基于FPGA，并采用DDS技术，产生不同频率的正弦波信号。如图2，ROM中保存的是一个周期的正弦波数据，ROM的地址由加1计数器产生，ROM的输出由DAC转换成模拟信号。当ROM的地址是14位时，ROM可以保存214＝16384个数据点，当输入振荡器的工作频率Fosc＝16384Hz时，输出正弦波的频率满足式公式5。Fout＝16384/16384＝1(Hz)(公式5)图2中，将图2(a)中的加1计数器改为14位加n14计数器，其它参数不变时，输出正弦波的频率满足公式6。Fout＝(16384/16384)×n14＝n14(Hz)(公式6)这里n14为14位正整数，可见，输出频率完全由n14所控制，从而实现变频控制；图2(c)中，将图2(b)中的14位加n14计数器改为28位加n28计数器，它的输出只用高14位，其它参数不变时，输出正弦波的频率满足式公式7。Fout＝(16384/16384)×n32/16384(Hz)(公式7)这里n28为28位正整数，又定义d＝n28/16384＝n32×6.1035×10-5(公式8)这时d为6.1035×10-5的整数倍，则输出正弦波的频率满足式公式9。Fosc＝d(Hz)(公式9)可见，输出频率可以达到很低的频率，远低于1Hz。本申请基于FPGA，DDS芯片选用了AD公司的AD9954，基于AD9954的DDS电路图如图3。如图3，用DDS芯片AD9954产生基准正弦波信号，即参考信号。有源晶振选用32.768M，可以使输出正弦波的频率调节精度达到1Hz。AD9954输出20脚、21脚两路正弦波电流信号，在电阻R48、R51上还原成电压信号，经差分放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度正余弦旋转变压器的模拟实现结构，包括参考信号生成模块和正余弦信号生成模块，其特征在于：所述参考信号生成模块包括：存储有一个周期正弦波数据的ROM；与该ROM连接的用于产生ROM地址的计数器；与该ROM输出连接的用于数模转换的DAC；以及与该DAC输出连接的用于进行差分放大形成参考信号的运放；所述正余弦信号生成模块包括：与所述参考信号连接的DAC乘法器，其输出为第一象限正余弦信号；以及，与所述的第一象限正余弦信号连接的四象限切换电路，其输出为360°正余弦信号。

【技术特征摘要】
1.一种高精度正余弦旋转变压器的模拟实现结构，包括参考信号生成模块
和正余弦信号生成模块，其特征在于：
所述参考信号生成模块包括：
存储有一个周期正弦波数据的ROM；
与该ROM连接的用于产生ROM地址的计数器；
与该ROM输出连接的用于数模转换的DAC；
以及与该DAC输出连接的用于进行差分放大形成参考信号的运放；
所述正余弦信号生成模块包括：
与所述参考信号连接的DAC乘法器，其输出为第一象限正余弦信号；
以及，与所述的第一象限正余弦信号连接的四象限切换电路，其输出为

【专利技术属性】
技术研发人员：卢艳，蒋欣，窦志源，王晓彤，
申请(专利权)人：陕西省电子技术研究所，
类型：新型
国别省市：陕西;61