多功能旋转信号处理器的实现

摘 要：介绍了一种利用轴角位置测量元件即旋转变压器,其控制频率为400 Hz的正弦波信号，经调制处理使相位角与特定电压值相对应，产生出两路相位差为90°的信号，采用模拟电路进行设计，对其电路原理进行了详细的叙述，说明了它可工作在比较恶劣环境中。以其所具有的高精度和小体积的特点广泛应用于多个领域。

关键词：旋转信号； 处理器； 高精度； 模拟电路

中图分类号：

TN710-34

文献标识码：A

文章编号：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

多功能旋转信号处理器的主要功能是利用轴角位置测量元件——旋转变压器控制频率为400 Hz的正弦波信号，经解调处理使相位角与特定电压值相对应，产生出两路相位差为90°的信号，送入系统主控计算机计算填弹系统的位置，对保证火控系统的正常工作具有重要意义。在此介绍一种采用模拟电路设计的方法，利用系统给出的正弦波作为载波信号，与正余弦旋转变压器进行信号调制，将所产生的调制信号送入乘法电路，实现正余弦两路信号的解调，再通过滤波、反相比例电路实现其功能，达到使用要求。

1 方案设计

1.1 基本方案

产品总体设计方案如图1所示。实验中采用标准信号源来模拟系统输入信号，输出频率为400 Hz，峰-峰值为6 V的正弦波作为VCA信号，DSB1和DSB2分别为正余弦的调制信号。OUT1,OUT2则为两路输出。

1.2 电路原理

电路原理如图2所示。

图1 总体设计方案

图2 电路原理框图

1.3 工作原理概述(以下按余弦进行分析计算)

当Ω分别为0°,45°,90°时，余弦输出为Uo,0.707 Uo,0，再利用比例放大控制Uo为2.5，同时叠加2.5 V的直流分量，则可得到最终余弦输出为：

输入信号相位： 0° 45° 90°

输出信号： 5 V 4.26 V 2.5 V

同样利用正弦信号调制可得到另一路输出信号。

2 信号解调的实现

电路中对双边DSB信号进行的解调是极为关键的一步。在产品中经过反复试验，没有选用通用的平衡调制解调器，而是通过采样保持电路(乘法器)实现解调的目的。

(1) 原理组成

信号解调主要由乘法器和低通滤波器组成，其基本组成如图3所示。

实际乘法电路如图4所示。

3 低通滤波

低通滤波器是通过低频信号抑制或衰减高频信号的。由于电路中存在着通过放大电路输入线或电源线进入的干扰，为得到良好的输出信号，需对解调后的信号进行滤波。考虑到信号频率较低，采用了反相输入的一阶LPF。

由以上可以看出，电路的输出电压与两个输入电压之差成正比，实现了差动比例运算。在输入信号不变的条件下，调节电阻R3和R4，可改变输出信号的幅值和电位。在实际电路中，在此使用了两个精密电位器，使电路调整更为方便。

由上式可知，合理地选择电路各部分的电阻阻值，可得出如图7所示的输出波形。由模拟验证得知,达到了设计目标。

图7 正弦输出信号波形

6 多功能旋转信号处理器的关键设计

为了更好地保证产品性能，根据产品自身的特点和对方要求，将产品低通滤波器的RC网络和调节输出信号幅值和电位的电阻外接，便于使用调整。

6.1 对产品通道一致性的考虑及设计

保证通道一致性，不但从器件的选型及性能上入手，而且根据公司工艺特点，引入跟踪调阻的方法。在电路中加入了吸收网络，同时严格控制运算放大器的失调电压，解决了最低输出电位：2.5 V±10 mV的难题，从而满足产品性能指标的要求。

6.2 结构设计

采用50.8×50.8浅腔式全密封金属外壳底座，引线镀金，外壳镀镍，该套材料合格分供商生产工艺已很成熟，便于采购。为了便于整机组装，并能经得起振动、冲击等机械试验，产品内部尽量采用适合平面组装的片式元件，这样大大简化了组装工艺。封装采用全密封技术，密封在干燥、清洁的氮气中进行，盖与底座之间进行平行缝焊封装，封后细检的漏气率小于500×10-6 kPa•cm3/s，保证产品的气密性、可靠性。

7 测试及用户使用情况

在产品的研制过程中，与用户保持密切联系,积极配合,认真听取意见, 并将设计过程中遇到的问题及时反馈，顺利通过了检测检验，初样、正样都取得了对方的认可，产品性能指标满足使用要求。电特性如表1所示，多功能旋转信号处理器测试电路原理图如图8所示。

8 结 语

该电路经过实际验证，各部分工作正常，已经成功运用在某系统中，使用效果良好。该方案不仅达到了实现正余弦、高精度的要求，还具有使用灵活方便、可靠性高、体积小、成本低等特点，是一种理想的电路模块。

参 考 文 献

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