[发明专利]单电源CMOS集成电路自整角机/旋转变压器－数字转换技术

说明书

技术领域

本发明是属于集成电路技术领域，特别是一种单电源通用型CMOS集成电路自整角机/旋转变压器-数字转换技术。

背景技术

自整角机是一种感应式机电元件，用于自动控制、同步传递和计算解答系统中，将转轴的转角变换为电气信号、或将电气信号变换为转轴的转角，实现角度数据的远距离发送、接收和变换，达到自动指示角度、位置、距离和指令的目的。

旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压与转子转角的函数关系成正弦、余弦函数关系。它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输。

自整角机/旋转变压器作为轴角位移测量元件，具有测量精度高、结构简单，运行可靠，主要应用于要求精度、可靠性都很高的环境，同其它角度测量方法相比，自整角机/旋转变压器用于角度测量具有明显的优势。

1、从性能上看：由于自整角机/旋转变压器内部没有任何电子元件，它的抗振性、耐温性、抗腐蚀性、抗灰尘及油污及抗干扰性等方面都具有很好的性能，能适应任何环境的使用要求，具有极高的可靠性。而光电式、光栅式、磁电式传感器内部集成了很多电子元器件，容易受振动、温度、腐蚀性气体、灰尘及油污以及光源的寿命影响，其抗干扰性能也不如自整角机和旋转变压器。

2、从使用上看：用自整角机/旋转变压器组成的轴角测量系统，具有工作范围宽，能够直接传递360°圆周角的位移信息，而且在远距离传输信息时无需机械联系。安装尺寸选择空间大，可以从直径20mm～200mm都有，并且外形尺寸不受分辨率的影响；传感器与数据处理部分之间连接方便，只需5条或6条连线。

自整角机/旋转变压器作为轴角测量元件，为自动控制系统提供低成本、高精度的位置传感器。在工业检测控制领域中，需要把自整角机信号/旋转变压器信号转换成数字信号用于微处理器或计算机进行数据处理。目前，实现自整角机/旋转变压器-数字转换方式有两种，一种是采用国外公司生产的专用芯片组装，由于专用芯片价格高，产品的费用高于其它角度测量的方式。一种是采用D/A转换器、运算放大器、电阻网络等分离元件组成的编码电路，这种转换方式采用分体式结构，不可避免地需要使用大量的分离元件，存在以下缺陷：体积大，元件分布比较分散，不能实现系统元件高密度安装，体积比较大。可靠性差，使用了大量分离元件，集成度低，降低了系统的可靠性。

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，提供一种体积小、精度高、成本低的单电源CMOS集成电路自整角机/旋转变压器-数字转换技术。

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。本发明是一种单电源CMOS集成电路自整角机/旋转变压器-数字转换技术，其特点是，它对自整角机信号/旋转变压器信号进行数字化处理，把自整角机信号/旋转变压器信号转换成二进制数字信号，它由固态控制变压器电路、交流误差放大电路、相敏解调电路、积分电路、压控振荡电路和数字控制电路组成；它采用单电源的标准CMOS集成电路工艺，将上述电路集成在单个芯片上，实现角度量到数字转换。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的转换技术，其特点是，三线输入的自整角机信号或四线输入的旋转变压器信号被转换成低电压的正余弦信号V1和V2，同可逆计数器产生的数字角φ在固态控制变压器电路中求和，经交流误差放大电路后输出一个误差信号KEoSin(θ-φ)，这个误差信号经相敏解调电路、积分电路、压控振荡电路和数字控制电路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等于信号输入轴角θ。其中：θ是自整角机的轴角；K是变比；Eo是基准电压的幅值；ω是载波频率，即激磁电压的角频率。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的转换技术，其特点是，固态控制变压器电路采用高6位分段电路和低10位细分电路，高6位分段电路将角度变化量0°-360°分解到0°-5.625°，低10位细分电路采用R-2R电阻的D/A转换器，构成一个模拟乘法器，实现0°-5.625°范围内的模拟角度到数字角度的转换。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的转换技术，其特点是，交流误差放大电路采用交流耦合放大电路消除电路中的直流信号，误差信号KEoSin(θ-φ)通过带通滤波器使高频噪声下降到回路带宽之内。