Статья

Название статьи РАЗРАБОТКА МИКРОСХЕМЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА С СИНУСНО-КОСИНУСНЫХ ДАТЧИКОВ ПОЛОЖЕНИЯ С ВЫСОКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ
Автор Г.В. Прокофьев, К.Н. Большаков, В.Г. Стахин, А.А. Обеднин
Рубрика РАЗДЕЛ I. МЕТОДЫ, АЛГОРИТМЫ И УСТРОЙСТВА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Месяц, год 03, 2016
Индекс УДК 621.317.49
DOI
Аннотация Выполнен обзор разработанной микросхемы обработки сигнала с синусно-косинусных датчиков положения высокого разрешения. Работа выполнялась с целью обеспечить разработчиков аппаратуры отечественной микросхемой преобразователя для замены существующих импортных аналогов. Микросхема обеспечивает обработку сигналов с различных датчиков положения, таких как магниторезисторы, элементы Холла, синуснокосинусные вращающиеся трансформаторы, линейные дифференциальные трансформаторы, законченные синусно-косинусные энкодеры, сенсорные системы на основе оптических элементов. Микросхема обеспечивает разрешение преобразования до 16 бит на один период входного сигнала при скорости преобразования 500 нс. Для обеспечения постоянства времени преобразования угол-код в не зависимости от коэффициента децимации в разработанной системе используется интерполяция гармонического сигнала после его прореживания на фильтре-дециматоре. Для сопряжения с трансформаторными датчиками микросхема включает встроенный программируемый синтезатор синусоидального сигнала возбуждения первичной обмотки на основе прямого цифрового синтеза и блок квадратурной демодуляции сигнала с вторичных обмоток датчика. В статье описана архитектура, приведены технические характеристики и результаты моделирования микросхемы. Приведен анализ решений преобразователей угол-код и обоснован выбор архитектуры разработанной микросхемы на основе цифрового следящего преобразователя. Показано что по характеристикам разработанная микросхема превосходит существующие серийно выпускаемые отечественные и зарубежные аналоги. Приведены результаты моделирования зависимости ошибки преобразования примененного следящего преобразователя от амплитуды входного сигнала. Описаны примененные алгоритмы коррекции разбаланса амплитуд и фазового сдвига входных сигналов. Показан результат моделирования их работы. Показано что примененные алгоритмы позволяют скорректировать рассогласование входных синусно-косинусных сигналов по амплитуде и по фазовому сдвигу для обеспечения минимальной ошибки преобразования. Приведены пределы работы схемы коррекции температурной зависимости напряжения смещения входных сигналов по показаниям интегрированного температурного датчика. Для разработанного преобразователя достигнута точность преобразования в 0,017 градусов при токе потребления 48 мА и времени преобразования 500 нс. Показано что использование интерполяции отсчетов АЦП с целью повышения частоты выборок практически не влияет на ошибку преобразования следящего преобразователя.

Скачать в PDF

Ключевые слова БИС энкодера; датчик положения; энкодер углового положения; СКВТ; ЛВДТ; датчик угла
Библиографический список 1. Сысоева С. Автомобильные датчики положения. Современные технологии и новые перспективы. Часть 3. Физические основы и коммерческие перспективы технологий полупроводниковых и пермалоевых магниторезистивных датчиков // Компоненты и техно-
логии. – 2005. – № 4.
2. Сысоева С. Автомобильные датчики положения. Современные технологии и новые перспективы. Часть 6. Концепции создания магнитных угловых энкодеров на основе эффекта Холла // Компоненты и технологии. – 2005. – № 7.
3. Сысоева С. Автомобильные датчики положения. Современные технологии и новые перспективы. Часть 8. Классические индуктивные преобразователи – надежный запас // Компоненты и технологии. – 2005. – № 9. – C. 16-23.
4. Сысоева С. Магнитоуправляемые, MEMS и мультисенсорные датчики движения 2009 года – функциональнее, точнее, миниатюрнее предшественников // Компоненты и технологии. – 2009. – № 8. – C. 54-63.
5. Сысоева С. Автомобильные датчики положения. Современные технологии и новые перспективы. Часть 12. Актуальные классические принципы оптоэлектроники в автоэлектронике // Компоненты и технологии. – 2006. – № 5.
6. Sensor Trends 2014. Trends in future-oriented sensor technologies. AMA Association for Sensor Technology, 2010.
7. AD2S1210 Datasheet. Analog Devices Inc., США.
8. AD698 Universal LVDT Signal Conditioner. Analog Devices Inc., США, 1995.
9. iC-TW8 16-bit SIN/COS interpolator with auto-calibration. iC-Haus GmbH, 2014.
10. Микросборки серии 2602. Технические условия АЕЯР.431320.413 ТУ. ОАО «НИИЭМП».
11. Микросборки преобразователя «УГОЛ-КОД» Ф020, Ф020.1 Ф040, Ф040.1. Краткое описание. ОАО «НПО «Физика».
12. Двухканальный АЦП переменной разрядности для СКВТ, ЛРДТ и Сельсинов. АО «ПКК Миландр», 2016.
13. Ануфриев В., Лужбинин А., Шумилин С. Микросхема преобразователя угол-код для индуктивных датчиков // Современная электроника. – 2015. – № 3. – C. 2-5.
14. Burke J., Moynihan J.F., Unterkofler K. Extraction of High Resolution Position Information from Sinusoidal Encoders. Proc. PCIM-Europe 1999, Nuremberg. – P. 217-222.
15. Захаров А.В., Хачумов В.М. Алгоритмы CORDIC. Современное состояние и перспективы. Программные системы: теория и приложения. – Переславль-Залесский, 2004. ISBN 5-94052-066-0.
16. Pramod K. Meher, Javier Valls, Tso-Bing Juang, K. Sridharan, Koushik Maharatna. 50 Years of CORDIC: Algorithms, Architectures, and Applications // IEEE Transactions on circuits and systems–I: Regular papers. – September 2009. – Vol. 56, No. 9. – P. 1893-1907.
17. Потехин Д.С., Тарасов И.Е., Тетерин Е.П. Влияние коэффициентов и пределов интегрирования вейвлет-функции Морле на точность результатов анализа гармонических сигналов с нестационарными параметрами // Научное приборостроение. – 2002. – Т. 12, № 1. – С. 90-95. ISSN 0868-5886.
18. Potekhin D.S., Tarasov I.E., Potekhin S.D. Improvement of Metrological Characteristics of Inductive Displacement Sensor of Movement Based on Digital Vector Diagram Reconstruction of Signals In Windings. – 2015. – Vol. 10, No. 8. – C. 20343-20349.
19. Nishimura H. Tracking loop type digital angle converter and angle/digital converting apparatus. Патент США №7541951, 2009.
20. iC-NQC, 13-bit Sin/D Converter with signal calibration. iC-Haus GmbH, Германия. http://www.ichaus.de/NQC.
21. iC-MH, 12 BIT ANGULAR HALL ENCODER datasheet. iC-Haus GmbH, Германия. http://www.ichaus.de/upload/pdf/Mh_b1es.pdf.
22. ENC_ASIC2 - БИС однокристального магнитного энкодера положения. АО «ЗНТЦ», 2015. http://www.zntc.ru/capabilities/design-center/products/2-encoder-position.php.
23. High-Precision Sine/Cosine Interpolation. IC-Haus white paper, 2014, http://www.ichaus.de/upload/pdf/WP7en_High-Precision_Interpolation_140124.pdf.
24. Plassche R. CMOS Integrated analog to digital and digital to analog converters. Kluwer Aca-
demic Publishers, 2003.
25. Ziquan T., Shaojun Y., Yueming J., Naiying D. The Design of a Multi-bit Quantization Sigmadelta Modulator // International Journal of Signal Processing, Image Processing and Pattern Recognition. – 2013. – Vol. 6, No. 5. – P. 265-274. 3

Comments are closed.