1、自控与测量自控与测量101Electronic Design & Application World-Nikkei Electronics ChinaAUTOMATION& MEASUREMENT引言在军用车辆交流传动系统中，由于要适应冲击震动和温湿度变化等恶劣的工作环境， 普通检测转子位置的光电编码器很容易损坏， 而旋转变压器由于其坚固耐用且可靠性高， 可以很好地解决这一问题。但旋转变压器是一种模拟机电元件， 不能满足数字化的要求， 故需要接口电路实现其模拟信号与控制系统数字信号之间的相互转化， 这类接口电路是一类特殊的模 / 数转换器， 也就是我们常说的旋转变压器 / 数字转换器 (RDC
2、) 。RDC 电路设计主要器件及原理本系统采用日本多摩川公司生产的 TS262N21E11 无刷旋转变压器。 电路中主要采用了 ADI 公司的两个 R/D 转换器 AD2S90 和程控振荡器 AD2S99 ， 二者要配合使用。AD2S90 是 RDC 电路设计的核心， 内部功能模块主要是由相敏检测器、 乘法器、 压控振荡器 (VCO) 、增减计数器形成的闭环反馈系统。当旋转变压器的两路定子绕组的输出信号 Esin tsin 和 Esin tcos 分别送入 AD2S90 的 sin 和 cos 输入引脚后， 经过其内部运放再送至乘法器中， 此时， 若内部增减计数器输出的初始数字角度 也被送入乘
3、法器， 则经乘法运算后得到的输出信号为 Esin tcos sin 和Esin tsin cos ， 二者再进行相减运算便得到输出信号 Esin tsin( - ) ，信号中的误差部分被送入由相敏检测器、 乘法器、 压控振荡器、 增减计数器形成的闭环反馈系统， 使sin( - )=0 ， 即 - =0 ， 此时增减计数器输出的数字角度 就是转子的位移角度。旋转变压器在转子位置测量中的应用 北京交通大学电气工程学院 王栋 张奕黄保定天鹅化纤集团有限公司 郭绥摘 要 ： 本文介绍了一种检测转子位置的方法， 设计了基于 RDC 芯片 AD2S90 的旋转变压器位置信号的接口电路， 并在军用装甲车交流
4、传动系统中实现了异步电机转子位置信号的精确测量。关键词 ： 位置传感器 ； 旋转变压器 / 数字转换器 (RDC) ； AD2S90图 1 电路原理图自控与测量自控与测量102 2006.11 电子设计应用 AUTOMATION& MEASUREMENTAD2S99 是专为旋转变压器数字转换器提供的励磁信号源， 信号频率有 4 种选择， 即 2kHz 、 5kHz 、10kHz 和 20kHz 。 它不仅为 AD2S90提供同步基准电压信号， 同时还给旋转变压器提供高品质的正弦波励磁信号， 还具有信号相位补偿和信号丢失检测等优点。RDC 电路的总体设计方案旋转变压器二次绕组输出的两路信号 si
5、n 和 cos 作为 AD2S90 的位置角检测的模拟信号输入， 通过屏蔽双绞线， 分别接到 AD2S90 相应的输入端 SIN 和 SINL0 。 同时，COS 和 COSL0 的信号作为反馈信号接至 AD2S99 ， 通过 AD2S99 内部处理后产生输出信号 SYNREF(为 3V p-p 方波输出信号且相位与SIN 和 COS 输入信号保持一致 ) ，连接至 AD2S90 的 REF 引脚， 用于补偿旋转变压器一次侧到二次侧的相位偏差， 否则会降低 RDC的转换精度。 AD2S99 通过输出端EXC 和 /EXC(EXC 和 /EXC 为两路 2V rms 、 8mA 的正弦信号， 且
6、 /EXC相位相对于 EXC 要超前 180 ) 为旋转变压器的励磁绕组提供所需工作频率的励磁信号， 励磁信号的工作频率可以通过 AD2S99 的引脚SEL1 、 SEL2 和 FBIAS 来设置。 另外， AD2S99 的引脚 LOS 用于指示SIN 和 COS 信号缺失的检测情况，正常工作时 LOS 为低电平 ； 若 SIN和 COS 信号都低于 LOS 规定的电压阈值 (V rms ) ， 则 LOS 被上拉到高电平VDD 。提供给控制器的位置信号有两种输出方式， 一是 SPI 输出 (12 位 ) ，最高传输速率为 2Mbps ； 二是模拟增量式编码器输出， A 、 B 和 NM 信号
7、，相当于一个 1024 线增量式编码器。电路总体设计方案如图 1 所示。 接口电路设计还需要注意以下几点 ：1 电路中所有模拟地信号要以星形方式连接至 AD2S90 的引脚AGND 。2 若旋转变压器的信号通过屏蔽双绞线传输时， 屏蔽层也要连至AGND 引脚。3 AD2S99 的输出信号SYNREF 与 AD2S90 的输入引脚REF 相连时， 为了减小 AD2S99 的SYNREF 信号的直流偏移， 需要添加 0.1 F 的串联电容和 100K 的对地电阻。RDC 电路试验波形图 2 和图 3是 RDC 电路在4 对极感应电机测速系统的试验波形， 此时电机转子频率为 63.4Hz ，旋转变压
8、器的原边输入励磁信号频率设置为 10KHz 。 其中图 2 是 RDC 电路的输入波形， 即由旋转变压器副边的两个绕组分别输出的正弦信号和余弦信号 ； 图 3 是 RDC 电路的输出波形， 即以正交编码脉冲形式提供给DSP 的位置测量信号。 参照图 2 可见， 输入波形的品质好， 达到了 RDC的设计要求 ； 输出的转子位置信号波形符合 DSP 的 QEP 电路接收要求，而且脉冲正交性好， 无毛刺， 保证了DSP 对位置信号的采样 精度。结语该数字旋转变压器最大的优点在于其简单、 可靠的硬件电路和较高的精度与分辨率， 本方案在军用装甲车交流传动系统中很好地实现了异步电机转子位置信号的精确测量。
9、 参考文献1 李科杰 新编传感器技术手册 北京 ： 国防工业出版社， 20022 曲家骐， 王季秩 伺服控制系统中的传感器 北京 ： 机械工业出版社， 1998图 2 旋转变压器正余弦信号波形图 图 3 输出给 DSP 的正交编码脉冲波形November, 2006GuideElectronic Design & Application World-Nikkei Electronics China电子设计应用20 Industry Analysis:Designing for Security-Why Software isnt Enough36 Nikkei Electronics Colu
10、mn:Bringing the Millimeter-Wave Wireless Technology to the Home85 IC Design:Design of An 8-channel 12bit SAR ADCDesign and realization of an 8-channel 12bit SAR ADC is described in this paper. Multi-switch circuit and parallel-to-serial data registerare integrated in the circuit to realize multi-cha
11、nnel and serial interface. A unique configuration of equal-valued polysilicon resistors andrationed capacitors is adopted in DAC implementation. Simulation has been carried out in a 0.6 m BiCMOS process by HSPICE. Withthe consideration of low-power design, the total operation current is decreased to
12、 2.8mA.Conversion speed of digital data serial outputis 133KSPS, conversion time is 7.5 s and the die area is 2.5 2.2mm2.91 Communications & Computer:Data Buffer Considerations for High End Router DesignsThere is little doubt that todays networks, particularly at the metro edge, are undergoing a maj
13、or transformation. As data rates continueto climb, data buffer designs will play a crucial role in the optimization of network performance. By exploring all their design options andtaking advantage of the unique capabilities of discrete off-the-shelf FIFOs and programmable logic devices, designers c
14、an build high-performance solutions at the lowest possible cost.101 Automation & Measurement:Application of Resolver in Estimation of Rotor PositionA reliable method to estimate the position of rotor is introduced in this paper. A practical interface solution based on AD2S90 is describedin details.
15、The project is realized in the precise detection of rotor position in armored cars.106 Embedded Systems:The Efficient Program DevelopmentThe embedded system requires very high quality software. It is important to optimize the software codes for increasing its efficiency anddecreasing its memory. The
16、 C compiler can optimize the software, but it can t really make the software fast and small, thus theoptimization should be done further. This paper abstracts the coding style of C language in the development of real embedded system,and makes the software faster and less to meet the system constrain
17、ts.116 Power Supply Technologies:Combined Circuit Protection Helps to Prevent DVB Network Devices from DamagingPolySwitch PPTC and Raychem SiBar TSPD can play an important role while designing combined circuit protection solution. PPTCdevice has smaller volume, lower resistance and the reset functio
18、n. These characteristics make it so suitable to be used for overcurrentprotection. The main superiorities of TSPD device are small volume, lower power dissipation and precise transition voltage.123 IC Applications:Design of RFID Security System for Coal Miner Based on SLRC400This Paper presents a RF
19、ID monitor system for the security of coal miner. SLRC400 is the core part of RFID reader, and it uses binarysearch arithmetic to identify collision. The paper describes the hardware and software design of the RFID system, also introduces theelectrical character and application of SLRC400 concretely.
