多功能旋轉信號處理器的實現

摘 要：介紹了一種利用軸角位置測量元件即旋轉變壓器，其控制頻率為400 Hz的正弦波信號，經調制處理使相位角與特定電壓值相對應，產生出兩路相位差為90°的信號，采用模擬電路進行設計，對其電路原理進行了詳細的敘述，說明了它可工作在比較惡劣環境中。以其所具有的高精度和小體積的特點廣泛應用于多個領域。

關鍵詞：旋轉信號； 處理器； 高精度； 模擬電路

中圖分類號：

TN710-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)19

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Implementation of Multi-functional Rotating Signal Processor

ZHAO Jing-ping1， LIU Chuang-jun1， LIU Bo-ping1， XIAN Jun-xian1， CHEN Xu-hui2

(1. Shaanxi Sanheng Electronic Technology Co. Ltd.， Xi’an 710065， China; 2.Xidian University， Xi’an 710071， China)

Abstract： A multi-functional rotating signal processor is introduced whose main functions are measuring the element-rotating transformer by axis-angle position， controlling the sine wave signal with 400 Hz frequency， modulating and processing the phase angle which is correspondent with the specific voltage value， and generating two-channel signals whose phase diffe-rence is 90°. A design method of using analog circuit is introduced. The design scheme has high precision and small size， which can be applied to many fields.

Keywords： rotating signal; processor; high accuracy; analog circuit

多功能旋轉信號處理器的主要功能是利用軸角位置測量元件——旋轉變壓器控制頻率為400 Hz的正弦波信號，經解調處理使相位角與特定電壓值相對應，產生出兩路相位差為90°的信號，送入系統主控計算機計算填彈系統的位置，對保證火控系統的正常工作具有重要意義。在此介紹一種采用模擬電路設計的方法，利用系統給出的正弦波作為載波信號，與正余弦旋轉變壓器進行信號調制，將所產生的調制信號送入乘法電路，實現正余弦兩路信號的解調，再通過濾波、反相比例電路實現其功能，達到使用要求。

1 方案設計

1.1 基本方案

產品總體設計方案如圖1所示。實驗中采用標準信號源來模擬系統輸入信號，輸出頻率為400 Hz，峰-峰值為6 V的正弦波作為VCA信號，DSB1和DSB2分別為正余弦的調制信號。OUT1，OUT2則為兩路輸出。

1.2 電路原理

電路原理如圖2所示。

圖1 總體設計方案

圖2 電路原理框圖

1.3 工作原理概述(以下按余弦進行分析計算)

當Ω分別為0°，45°，90°時，余弦輸出為Uo，0.707 Uo，0，再利用比例放大控制Uo為2.5，同時疊加2.5 V的直流分量，則可得到最終余弦輸出為：

輸入信號相位： 0° 45° 90°

輸出信號： 5 V 4.26 V 2.5 V

同樣利用正弦信號調制可得到另一路輸出信號。

2 信號解調的實現

電路中對雙邊DSB信號進行的解調是極為關鍵的一步。在產品中經過反復試驗，沒有選用通用的平衡調制解調器，而是通過采樣保持電路(乘法器)實現解調的目的。

(1) 原理組成

信號解調主要由乘法器和低通濾波器組成，其基本組成如圖3所示。

實際乘法電路如圖4所示。

3 低通濾波

低通濾波器是通過低頻信號抑制或衰減高頻信號的。由于電路中存在著通過放大電路輸入線或電源線進入的干擾，為得到良好的輸出信號，需對解調后的信號進行濾波。考慮到信號頻率較低，采用了反相輸入的一階LPF。

由以上可以看出，電路的輸出電壓與兩個輸入電壓之差成正比，實現了差動比例運算。在輸入信號不變的條件下，調節電阻R3和R4，可改變輸出信號的幅值和電位。在實際電路中，在此使用了兩個精密電位器，使電路調整更為方便。

由上式可知，合理地選擇電路各部分的電阻阻值，可得出如圖7所示的輸出波形。由模擬驗證得知，達到了設計目標。

圖7 正弦輸出信號波形

6 多功能旋轉信號處理器的關鍵設計

為了更好地保證產品性能，根據產品自身的特點和對方要求，將產品低通濾波器的RC網絡和調節輸出信號幅值和電位的電阻外接，便于使用調整。

6.1 對產品通道一致性的考慮及設計

保證通道一致性，不但從器件的選型及性能上入手，而且根據公司工藝特點，引入跟蹤調阻的方法。在電路中加入了吸收網絡，同時嚴格控制運算放大器的失調電壓，解決了最低輸出電位：2.5 V±10 mV的難題，從而滿足產品性能指標的要求。

6.2 結構設計

采用50.8×50.8淺腔式全密封金屬外殼底座，引線鍍金，外殼鍍鎳，該套材料合格分供商生產工藝已很成熟，便于采購。為了便于整機組裝，并能經得起振動、沖擊等機械試驗，產品內部盡量采用適合平面組裝的片式元件，這樣大大簡化了組裝工藝。封裝采用全密封技術，密封在干燥、清潔的氮氣中進行，蓋與底座之間進行平行縫焊封裝，封后細檢的漏氣率小于500×10-6 kPa#8226;cm3/s，保證產品的氣密性、可靠性。

7 測試及用戶使用情況

在產品的研制過程中，與用戶保持密切聯系，積極配合，認真聽取意見， 并將設計過程中遇到的問題及時反饋，順利通過了檢測檢驗，初樣、正樣都取得了對方的認可，產品性能指標滿足使用要求。電特性如表1所示，多功能旋轉信號處理器測試電路原理圖如圖8所示。

8 結 語

該電路經過實際驗證，各部分工作正常，已經成功運用在某系統中，使用效果良好。該方案不僅達到了實現正余弦、高精度的要求，還具有使用靈活方便、可靠性高、體積小、成本低等特點，是一種理想的電路模塊。

參 考 文 獻

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