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QQ交談旋轉(zhuǎn)變壓器信號處理的低成本、高分辨率方案
最近更新時間：2011-4-11
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將施加在轉(zhuǎn)子繞組上的正弦載波耦合至定子繞組，對定子繞組輸出進行與轉(zhuǎn)子繞組角度相關(guān)的幅度調(diào)制。由于安裝位置的原因，兩個定子繞組的調(diào)制輸出信號的相位差為90度。
通過解調(diào)兩個信號可以獲得馬達的角度位置信息，首先要接收純正弦波及余弦波，然后將其相除得到該角度的正切值，zui終通過“反正切”函數(shù)求出角度值。由于一般情況下要使用DSP進行算術(shù)處理，因而需要將正弦及余弦波數(shù)字化。目前市面上有幾種具備這些功能的產(chǎn)品，然而其價格昂貴，對于大多數(shù)應(yīng)用而言需要尋求其他替代方案。
圖1：旋轉(zhuǎn)變壓器及其相關(guān)信號
目前有一種zui為常用的方法是，檢測輸出信號中載波頻率的峰值來觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。如果總是在這一時間點轉(zhuǎn)換調(diào)制信號，則將消除載波頻率。由于更高分辨率的增量累加（Δ-∑）ADC總是在一段時間內(nèi)對信號進行積分采樣，因此它將不僅僅轉(zhuǎn)換峰值電壓，因而需要采用諸如TI ADS7861或ADS8361等逐次逼近ADC，分辨率也被限制在12~14位。
這種方法還需要使用幾種電路模塊，必須生成合適的正弦載波，必須在合適的時間點觸發(fā)轉(zhuǎn)換過程，且ADC必須對信號進行同步轉(zhuǎn)換。這樣不僅增加了成本，且分辨率有限。
新概念的理論依據(jù)
新概念使用過采樣方法，并將解調(diào)移至數(shù)字域內(nèi)，調(diào)制信號的過采樣采用雙通道Δ-∑調(diào)制器ADS1205，數(shù)字濾波器芯片AMC1210用于調(diào)制器輸出的解調(diào)和抽?。╠ecimation）。
調(diào)制器僅產(chǎn)生位流，這不同于ADC中的數(shù)字概念。為了輸出相當于模擬輸入電壓的數(shù)字信號，必須使用數(shù)字濾波器來處理位流。正弦濾波器是一種非常簡單、易于構(gòu)建且硬件需求zui少的一種濾波器。
那些頻率為調(diào)制器時鐘頻率除以過采樣率所得值的整數(shù)倍的信號將被抑制，這些被抑制的頻率點稱為陷波（notch）。在此新概念中，積分器的抽取率設(shè)定的原則是使載波頻率落入到某一陷波頻率。但首先需要對信號進行解調(diào)，否則角度信息將與載波頻率一起被忽略。該任務(wù)由AMC1210完成。
AMC1210具有四個通道，每個通道均提供濾波器結(jié)構(gòu)。
AMC1210也可用于測量電流。在本例中，我們將比較器濾波器（comparator filter）用于過電流保護，能夠在低分辨率情況下實現(xiàn)快速響應(yīng)（如圖中藍色部分所示）。黃色部分在較低采樣率情況下能夠產(chǎn)生更高分辨率的輸出，這部分用于控制環(huán)路。根據(jù)應(yīng)用的需要，在這里可以使用正弦濾波器及積分器來優(yōu)化濾波器的結(jié)構(gòu)。此外，該通路還可用于濾波及解調(diào)。
首先，AMC1210中的正弦濾波器對調(diào)制器的位流進行濾波，以將其轉(zhuǎn)換為中等分辨率、中等速率的數(shù)據(jù)字。對ADS1205而言，zui的三階正弦濾波器的過采樣率（OSR）為128。過采樣率超過128時，OSR每增加一倍，信噪比僅增加3dB。在解調(diào)過程后利用積分器可以達到同樣的效果，而且還能縮短濾波器的延遲時間。
將OSR設(shè)為128時會產(chǎn)生一個14位的數(shù)字調(diào)制信號，其數(shù)據(jù)速率為：
該等式中，fmod表示調(diào)制器的時鐘頻率，該時鐘頻率在調(diào)制器中降為原來的一半。在下例中，當時鐘信號頻率為32.768MHz時，三階正弦濾波器的數(shù)據(jù)速率為128kHz。（end）