[发明专利]基于二阶跟踪环的插值系统及方法

说明书

本发明揭示了一种基于二阶跟踪环的插值系统及方法，所述插值系统包括：第一积分器、第二积分器、第一加法器、第二加法器、第一插值器、第二插值器、除法器、Ki、Kp及延时电路。本发明提出的基于二阶跟踪环的插值系统及方法，将跟踪环和插值器结合，代替传统设计中复杂的数字滤波器和插值器，可降低系统的复杂度，降低成本。此外，本发明在反馈支路上插入的延时模块，可以精准地控制延时补偿量，而不像传统设计的复杂延时补偿而又易受输入信号噪声影响。

技术领域

本发明属于位移编码器技术领域，涉及一种插值系统，尤其涉及一种基于二阶跟踪环的插值系统及方法。

背景技术

在角度或者线性位移编码器中，通常输出的位移和角度信号需要比采样ADC输出信号更高的更新速度(插值)，并且需要在匀速情况下实现零延时输入输出特性(也就是需要补偿编码器内部模块产生的延时)，传统的插值以及延时补偿的算法结构如图1所示。

被测系统(SystemUnderTest)的被测量信号(磁场，电场，光强等)被编码器(Encoder)中的传感器(Sensor)转换为模拟电信号(电压或者电流：Vin/Iin),再被编码器中的模数转换器(ADC)以一个频率较低的时钟(Clock_ADC)采样并转换成数字信号(Code_ADC)。通常为了滤除Sensor和ADC中的噪声，需要一个数字滤波器(digitalfilter)接在ADC之后。然后，为达到测量控制器(Host)要求的更高的数据刷新率，需要一个工作在更快的时钟(Clock_Interpolator)频率下的插值器(Interpolator)来将低速的模数转换器和数字滤波器的输出信号(Code_ADC)插值到高速的编码器输出信号Code_Out.

另外，在某些应用中，对于匀速变化的信号(例如匀速转动的角度信号)，系统希望得到一个零延时的输出，此时就需要对系统中的传感器，模数转换器，数字滤波器以及插值器产生的信号延时来进行补偿，补偿的办法是先由速度探测模块(SpeedDetector)来计算出匀速信号的速度(图1中的Speed)，再将速度信号和要补偿的时间Td相乘来得到延时补偿code(Code_Delay)，最后将补偿code加到输出信号中来实现延时补偿。

以上所述传统插值系统结构有如下两个缺点：

(1)数字滤波器和插值器串联结构，系统复杂度较高；

(2)延时补偿模块中的速度探测模块，对于信号中包含的噪声(特别是高频噪声)很敏感，输入信号中的噪声会被速度探测模块放大到速度信号中去，从而降低了系统的噪声性能。

普通跟踪环的典型结构如图2所示，其输入为Code_ADC,输出为Code_Out,跟踪环将Code_Out与Code_ADC相减后得到的输入输出误差信号Code_Error输入由两个积分器和一路与第一个积分器并联的等比例通路形成的环路滤波器，并将环路滤波器的输出作为跟踪环的输出信号Code_Out。

由于两个积分器在频率为零时的增益为无穷大，所以在输入信号为不变信号或者为匀速信号时，跟踪环总是随着时间的增加趋于将Code_Error抑制为零。另一方面，由于第二个积分器的输入信号(如图2中的Code_Velocity)是输出信号对时间的导数，所以其大小也就与输出信号的速度成正比。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的插值系统，以便克服现有插值系统存在的上述至少部分缺陷。

发明内容

本发明提供一种基于二阶跟踪环的插值系统及方法，可降低系统的复杂度，降低成本。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种基于二阶跟踪环的插值系统，所述插值系统包括：第一积分器、第二积分器、第一加法器、第二加法器、第一插值器、第二插值器、第一乘法器Ki、第二乘法器Kp及延时电路；