新型基于FPGA的通用型旋变励磁与解码电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种新型基于FPGA的通用型旋变励磁与解码电路，其技术特点是：包括控制器FPGA、旋变信号产生模块和旋变信号采集模块；控制器FPGA分别与旋变信号产生模块和旋变信号采集模块相连接，旋变信号产生模块产生多路励磁信号并连接到旋转变压器的励磁线圈上，旋转变压器的次级线圈输出多路正弦/余弦信号并连接到旋转信号采集模块上。本实用新型专利技术能够提供4路独立励磁与采集解码通道，满足1路至4路不同激励通道数的要求，可应用在各种不同类型旋转变压器，同时针对不同类型变压器，可利用FPGA对励磁频率配置，具有适用范围广泛、灵活性强、通用性高等特点。

【技术实现步骤摘要】
新型基于FPGA的通用型旋变励磁与解码电路
本技术属于电机控制
，尤其是一种新型基于FPGA的通用型旋变励磁与解码电路。
技术介绍
作为速度及位置传感器，旋转变压器具有分辨率高、精度高、可靠性高等特点，被广泛应用在汽车、伺服等工业领域。旋变变压器按照输入输出相数可分为1相励磁/2相输出(BRX)、2相励磁/1相输出(BRT)和2相励磁/2相输出(BRS)。按照极对数可分为单对极、多对极和双通道旋变。根据不同种类旋转变压器，需要励磁与解码电路的通道数量不同，通常为1至4路不等。目前已有专门旋变数字转换器(R/D芯片)用于旋转变压器的激励与解码，如TI的AMC1210，ADI的AD2S1205以及多摩川的AU6802等。这些R/D芯片可直接输出激励信号，同时采集旋转变压器输出，将解码后的数字信号直接传递给CPU。但是，由于专用芯片大都只能提供一路激励，采集两路输出，针对需要多路激励解码的旋变来说，通用性不强。并且，硬件、走线延迟会导致相位不同步、时间滞后等问题，采用R/D芯片无法较好解决。再有，利用专用解码芯片，会大幅度地增加硬件成本。
技术实现思路
本技术的目地在于克服现有技术的不足，提出一种可靠性高、通用性强且电路成本低廉的新型基于FPGA的通用型旋变励磁与解码电路。本技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种新型基于FPGA的通用型旋变励磁与解码电路，包括控制器FPGA、旋变信号产生模块和旋变信号采集模块；所述控制器FPGA分别通过SPI总线与旋变信号产生模块和旋变信号采集模块相连接，所述旋变信号产生模块产生多路励磁信号并连接到旋转变压器的励磁线圈上，所述旋转变压器的次级线圈输出多路正弦/余弦信号并连接到旋转信号采集模块上。所述旋变信号产生模块由数模转换电路、旋变信号调理及电流放大电路连接构成；所述数模转换电路与控制器FPGA相连接用于产生励磁所需特定频率的模拟信号，所述旋变信号调理及电流放大电路与数模转换电路输出的每路正/余弦信号相连接并将调理放大的信号连接到旋转变压器初级线圈。所述数模转换电路由多通道DA芯片构成；所述旋变信号调理及电流放大电路由幅值变换电路、二阶有源滤波电路和功率放大电路连接构成。所述旋变信号采集模块由滤波电路、差分放大电路、模数转换电路依次连接构成，所述滤波电路输入端与旋转变压器次级线圈两端相连，所述模数转换电路输出端与控制器FPGA相连接。所述控制器FPGA通过SPI总线与旋变信号产生模块和旋变信号采集模块相连接。本技术的优点和积极效果是：1、本技术能够提供4路独立励磁与采集解码通道，满足1路至4路不同激励通道数的要求，可应用在各种不同类型旋转变压器，相比于主流R/D芯片只能针对BRX型旋转变压器，具有适用范围广泛等特点，既可应用于普通单对极旋转变压器，与双通道粗、精极转变压器亦可完美匹配。2、本技术针对不同类型变压器，可利用FPGA对励磁频率配置，并通过改变电路放大倍数调整励磁电压幅值，灵活性强，通用性高。3、本技术利用FGPA进行旋变信号的解码，避免使用专用R/D芯片，降低了电路成本。4、本技术采用FPGA进行解码，减少甚至消除硬件滤波、走线等带来的时间延迟、相位不同步等滞后效应。根据不同旋转变压器激励频率、电压、电压传输比的要求，可利用FPGA对电路进行灵活配置，可靠性高，控制简单，通用性强。5、本技术电路包含多级滤波，输入保护，短路、断路检测等功能，信号分辨率高，抗干扰性更强。附图说明图1是本技术的电路原理图；图2是旋变信号产生模块的数模转换电路原理框图；图3是旋变信号产生模块的调理及电流放大电路图；图4是旋变信号采集模块的滤波电路图；图5是旋变信号采集模块的差分放大电路图；图6是旋变信号采集模块的模数转换原理框图。具体实施方式以下结合附图对本技术实施例做进一步详述。一种新型基于FPGA的通用型旋变励磁与解码电路，如图1所示，包括控制器FPGA、旋变信号产生模块和旋变信号采集模块。所述控制器FPGA分别通过SPI总线与旋变信号产生模块和旋变信号采集模块相连接，所述旋变信号产生模块产生多路励磁信号并连接到旋转变压器的励磁线圈上，所述旋转变压器的次级线圈输出多路正弦/余弦信号并连接到旋转信号采集模块上。在本电路中，旋变励磁信号由FPGA控制产生，通过SPI控制旋变信号产生模块输出4路励磁信号，4路励磁信号与旋转变压器励磁线圈相连，利用旋变信号采集模块采集来自旋转变压器次级线圈的正弦/余弦信号，通过SPI总线发送给FPGA，最后由FPGA进行解码，获得相应位置或速度信息。下面对旋变信号产生模块和旋变信号采集模块分别进行说明：所述旋变信号产生模块由数模转换电路、旋变信号调理及电流放大电路连接构成。所述数模转换电路用于产生励磁所需特定频率的模拟信号，如图2所示，数模转换电路由一片4通道DA芯片组成，该DA芯片输入与FPGA通过SPI方式连接，通过基准电压源及运放产生DA所需正负参考电压。该DA芯片可输出4路单独通路的正弦/余弦信号(DA_EXC1、DA_EXC2、DA_EXC3、DA_EXC4)，信号频率由FPGA控制、可调，信号峰值固定，与DA正负参考电压值对应。在本实施例中，DA芯片选用12位分辨率，±10V参考电压。激励信号频率选中1KHz正弦/余弦波，峰值±10V。旋变信号调理及电流放大电路(DA_EXC1、DA_EXC2、DA_EXC3、DA_EXC4)与DA芯片输出的每路正/余弦信号相连接。如图3所示，每路旋变信号调理及电流放大电路包括幅值变换电路、二阶有源滤波电路和功率放大电路，实现幅值变换、二阶滤波和功率放大功能，信号调理及电流放大电路的输出信号作为最终旋变励磁信号给到旋转变压器初级线圈。信号调理及电流放大电路通过选择低失调电压、低温漂、高压摆率运放实现输入信号幅值变换及滤波，信号幅值根据旋转变压器励磁电压要求通过运放负反馈比例系数进行调整。采用二阶有源滤波器对高频噪声进行抑制，综合考虑实际衰减，以及滤波对延迟影响，截止频率选定高于励磁频率50倍左右。运放输出端与推挽电路连接，实现功率放大。通过改变推挽电路三极管静态工作点，减少交越失真，改善输出波形。推挽输出与旋转变压器励磁线圈连接，同时反馈到运放反相输入端，作为闭环电路调节对象，通过负反馈调节推挽输出，保证输出励磁信号幅值稳定，不会受到推挽电路中三极管及限流电阻影响。本实施例中，采用7.07V有效值作为励磁电压，电路放大倍数由R2、R3决定，通过R6、R7、C2、C3实现二阶有源滤波。根据电路原理，存在以下关系式：Up(s)＝Un(s)由以上关系式可得电路传递函数如下：可得电路放大倍数角频率w2n＝R6R7C2C3为保证7.07V有效值即10V最大值励磁电压，运放调整为跟随模式，R2不焊接，R3选择10k。考虑延迟及衰减，R6选择1.96k，R7选择2.21k，C3选择1n，C3选择1.2n，转折频率50.3k，信号在1k频率处衰减0.0012dB，影响可忽略。旋转变压器输入阻抗一般在100Ω至200Ω之前，为保证驱动能力，需增加推挽电路。为使输出波形不失真，增加二极管V2、V3，使V1、V4处于若弱导通。同时，推挽输出反馈到运放反相输入端，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型基于FPGA的通用型旋变励磁与解码电路，其特征在于：包括控制器FPGA、旋变信号产生模块和旋变信号采集模块；所述控制器FPGA分别通过SPI总线与旋变信号产生模块和旋变信号采集模块相连接，所述旋变信号产生模块产生多路励磁信号并连接到旋转变压器的励磁线圈上，所述旋转变压器的次级线圈输出多路正弦/余弦信号并连接到旋转信号采集模块上。

【技术特征摘要】
1.一种新型基于FPGA的通用型旋变励磁与解码电路，其特征在于：包括控制器FPGA、旋变信号产生模块和旋变信号采集模块；所述控制器FPGA分别通过SPI总线与旋变信号产生模块和旋变信号采集模块相连接，所述旋变信号产生模块产生多路励磁信号并连接到旋转变压器的励磁线圈上，所述旋转变压器的次级线圈输出多路正弦/余弦信号并连接到旋转信号采集模块上。2.根据权利要求1所述的新型基于FPGA的通用型旋变励磁与解码电路，其特征在于：所述旋变信号产生模块由数模转换电路、旋变信号调理及电流放大电路连接构成；所述数模转换电路与控制器FPGA相连接用于产生励磁所需特定频率的模拟信号，所述旋变信号调理及电流放大电路与数模转换电路输出的每路正/余弦信号相连接并将调理放...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤士忠，赵泽生，尤轶，于志强，郭永新，
申请(专利权)人：天津电气科学研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12