專利名稱：一種數(shù)字—軸角信號轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于信號模擬與測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種數(shù)字一軸角信號轉(zhuǎn)換方法。
背景技術(shù)：
常見的軸角信號有自整角機信號和旋轉(zhuǎn)變壓器信號，數(shù)字一軸角轉(zhuǎn)換器就是將數(shù)字角度信號轉(zhuǎn)換成自整角機信號或旋轉(zhuǎn)變壓器信號，是現(xiàn)代軸角電子變換技術(shù)中的核心器件，廣泛應(yīng)用于航天、航空、雷達(dá)、火控及工業(yè)自動化領(lǐng)域?，F(xiàn)有的數(shù)字一軸角轉(zhuǎn)換器只能實現(xiàn)一種信號類型、一種信號電壓和一種信號頻率的轉(zhuǎn)換，功能單一；軸角模擬器雖能實現(xiàn)頻率、電壓和信號類型可編程，但只能達(dá)到16位分辨率和14位精度，產(chǎn)品性價比低，適應(yīng)性差，不利于角度測量及控制領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種數(shù)字一軸角信號轉(zhuǎn)換方法，該方法采用全電子技術(shù)，能實現(xiàn)寬頻寬壓的自整角機信號或旋轉(zhuǎn)變壓器信號輸出， 且轉(zhuǎn)換精度高，可擴展性強。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明是一種數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法，其特點是，實現(xiàn)該方法的電路包括數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路、電子式寬頻寬壓SCOTT變壓器和DSP數(shù)字信號處理器；
數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路由細(xì)分電路和粗分電路組成；細(xì)分電路是一個低16位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路，粗分電路由精密電阻網(wǎng)絡(luò)、精密運放和模擬開關(guān)組成；電子式寬頻寬壓SCOTT變壓器由模式運算電路、電壓幅值運算電路和功率驅(qū)動電路組成；
數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路接收外部輸入的經(jīng)電流型變壓器隔離的激磁信號和DSP 數(shù)字信號處理器發(fā)送的20位數(shù)字角θ，產(chǎn)生正余弦信號，經(jīng)電流型隔離變壓器發(fā)送給模式運算電路，模式運算電路根據(jù)DSP數(shù)字信號處理器發(fā)送的經(jīng)電磁隔離的控制命令控制前端輸入繼電器，進(jìn)行信號類型選擇，輸出四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號或三線自整角機信號給電壓幅值運算電路，電壓幅值運算電路根據(jù)DSP數(shù)字信號處理器發(fā)送的經(jīng)電磁隔離的幅值控制命令，輸出相應(yīng)幅值的軸角信號，功率驅(qū)動電路根據(jù)DSP數(shù)字信號處理器發(fā)送的經(jīng)電磁隔離的控制命令將軸角信號輸出，選擇相應(yīng)電壓段的功率放大電路進(jìn)行功率、幅值放大，輸出軸角信號，實現(xiàn)數(shù)字-軸角轉(zhuǎn)換。以上所述的數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法技術(shù)方案中所述的數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換精度由硬件精密電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)；數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路由高4位粗分權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和低 16位細(xì)分權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)均采用低溫漂精密電阻網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，高4位粗分角度和低16位細(xì)分角度依據(jù)三角函數(shù)正、余弦兩角和與差數(shù)字表達(dá)式合成為20位全角度；實現(xiàn) 0. 001°精度的2V低壓正余弦信號輸出。以上所述的數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法技術(shù)方案中所述的模式運算電路優(yōu)選由精密電阻、精密運算放大器和前端輸入繼電器組成，接收固定的兩路正余弦信號 TJ1 = sin f 0 V sin (φ )
ττ _ \J、. U、，依據(jù)輸出信號模式不同，切換對應(yīng)電路；當(dāng)四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號 I υ 2 = cos ^￠7 J · sin I1^Wt J
輸出時將SGND、cos θ、sin θ和CGND信號放大后輸出給電壓幅值運算電路；當(dāng)三線自整角機信號輸出時，將SGND、-sin( θ +240° )和sin θ信號放大后輸出給電壓幅值運算電路。以上所述的數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法技術(shù)方案中所述的電壓幅值運算電路優(yōu)選由高精度線性DAC和精密運算放大器組成，接收四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號SGND、COS0、sin0和 CGND或三線自整角機信號SGND、-sin (θ+240° )和sin θ，依據(jù)輸出信號電壓幅值不同， 輸出0. 388V-7V的四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號或三線自整角機信號。本發(fā)明轉(zhuǎn)換方法中數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路接受20位數(shù)字角和外部輸入的經(jīng)電流型變壓器隔離的激磁信號，轉(zhuǎn)換為2V的正余弦信號；實現(xiàn)0. 0003°的分辨率和 0. 001°的精度。數(shù)學(xué)模型為
ι
Sin (α +-[smaxsm(22.50-p)+siii(a+22.50)xsmp]
sin22.5°
Cos (α + β)=~l-~icosaxsm(22.5°-p) + cosfct + 22.5°)xsm|3l
(α為高4位粗分?jǐn)?shù)字角，β為低16位細(xì)分?jǐn)?shù)字角)。為實現(xiàn)精度指標(biāo)，電路設(shè)計時將模擬信號和數(shù)字信號供電系統(tǒng)分開，其中模擬系統(tǒng)地為-4V，正電源為+5V，負(fù)電源為-13V ；數(shù)字系統(tǒng)地為外部輸入地，電源為+5V。本發(fā)明轉(zhuǎn)換方法中模式運算電路由DSP數(shù)字信號處理器控制切換繼電器可實現(xiàn)四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號輸出或三線自整角機信號輸出，模式運算電路接收兩路隔離的正余弦
U1 = sin (θ )■ sin (ΦΙ)
信號ττ 、丄.} /、，當(dāng)四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號輸出時只需將信號放大后輸出給 IU2 = cos ( 0) - sin (fiJt)
電壓幅值運算電路。當(dāng)三線自整角機信號輸出時，將兩路隔離的正余弦信號共地，經(jīng)算術(shù)運算后產(chǎn)生SGND、-sin( θ +240° )和sin θ并放大后輸出給電壓幅值運算電路。本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)換方法中DSP數(shù)字信號處理器根據(jù)所需軸角信號電壓幅值，發(fā)
送隔離的幅值控制字給16位線性DAC，根據(jù)電壓幅值所在區(qū)間段，發(fā)送隔離的控制字給繼
電器切換低壓大電流功率驅(qū)動電路或高壓功率驅(qū)動電路，實現(xiàn)5V至90V信號電壓輸出。電
流型變壓器次級回路放大器對低頻干擾信號有抑制作用。且對低頻信號產(chǎn)生大的相移。當(dāng)
載波信號的頻率從400Ηζ-5000Ηζ變化時，整個系統(tǒng)會在45°或?qū)ΨQ點產(chǎn)生最大誤差且隨
頻率的增加而累加。DSP軟件算法補償主要針對電流型變壓器發(fā)送的正余弦增益不匹配進(jìn)
mo-/
行頻率-精度補償，補償函數(shù)為5= ^mx(P2I)xsiiim，通過以上措施，實現(xiàn)寬頻寬壓的軸角信號輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明數(shù)字一軸角信號轉(zhuǎn)換方法采用全電子技術(shù)，能實現(xiàn)寬頻寬壓的自整角機信號或旋轉(zhuǎn)變壓器信號輸出，且轉(zhuǎn)換精度高，可擴展性強。


圖1是本發(fā)明技術(shù)的原理框4圖2是數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路的低16位細(xì)分電路框圖； 圖3是數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路的高4位粗分電路圖； 圖4是模式運算電路圖； 圖5是電壓幅值運算電路圖。
具體實施例方式以下參照附圖，進(jìn)一步描述本發(fā)明的具體技術(shù)方案，以便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步地理解本發(fā)明，而不構(gòu)成對其權(quán)利的限制。實施案例1，參照圖1-4，一種數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法，實現(xiàn)該方法的電路包括數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路、電子式寬頻寬壓SCOTT變壓器和DSP數(shù)字信號處理器；
數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路由細(xì)分電路和粗分電路組成；細(xì)分電路是一個低16位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路，粗分電路由精密電阻網(wǎng)絡(luò)、精密運放和模擬開關(guān)組成；電子式寬頻寬壓SCOTT變壓器由模式運算電路、電壓幅值運算電路和功率驅(qū)動電路組成；
數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路接收外部輸入的經(jīng)電流型變壓器隔離的激磁信號和DSP 數(shù)字信號處理器發(fā)送的20位數(shù)字角θ，產(chǎn)生正余弦信號，經(jīng)電流型隔離變壓器發(fā)送給模式運算電路，模式運算電路根據(jù)DSP數(shù)字信號處理器發(fā)送的經(jīng)電磁隔離的控制命令控制前端輸入繼電器，進(jìn)行信號類型選擇，輸出四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號或三線自整角機信號給電壓幅值運算電路，電壓幅值運算電路根據(jù)DSP數(shù)字信號處理器發(fā)送的經(jīng)電磁隔離的幅值控制命令，輸出相應(yīng)幅值的軸角信號，功率驅(qū)動電路根據(jù)DSP數(shù)字信號處理器發(fā)送的經(jīng)電磁隔離的控制命令將軸角信號輸出，選擇相應(yīng)電壓段的功率放大電路進(jìn)行功率、幅值放大，輸出軸角信號，實現(xiàn)數(shù)字到軸角的轉(zhuǎn)換。實施例2，實施例1所述的數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法中數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路由高4位粗分權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和低16位細(xì)分權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)均采用低溫漂精密電阻網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，高4位粗分角度和低16位細(xì)分角度依據(jù)三角函數(shù)正、余弦兩角和與差數(shù)字表達(dá)式合成為20位全角度；實現(xiàn)0. 001°精度的2V低壓正余弦信號輸出。實施例3，實施例1所述的數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法中所述的模式運算電路由精密電阻、精密運算放大器和前端輸入繼電器組成，接收固定的兩路正余弦信號 I IT1 = sin ( ￠) - sm (φ )
TT \J、. } ，依據(jù)輸出信號模式不同，切換對應(yīng)電路；當(dāng)四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號 I U 2 - cos [汐)■ sin [Cftj
輸出時將SGND、cos θ、sin θ和CGND信號放大后輸出給電壓幅值運算電路；當(dāng)三線自整角機信號輸出時，將SGND、-sin( θ +240° )和sin θ信號放大后輸出給電壓幅值運算電路。實施例4，實施例1所述的數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法中所述的電壓幅值運算電路由高精度線性DAC和精密運算放大器組成，接收四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號SGND、cos θ、sin θ和 CGND或三線自整角機信號SGND、-sin( θ +240° )和sin θ，依據(jù)輸出信號電壓幅值不同， 輸出0. 388V-7V的四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號或三線自整角機信號。實施例5，參照圖1-4，一種數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法，20位數(shù)字-正余弦轉(zhuǎn)換電路接收外部輸入的經(jīng)電流型變壓器隔離的激磁信號和DSP發(fā)送的20位數(shù)字角，產(chǎn)生2V標(biāo)準(zhǔn)電壓的正余弦信號，經(jīng)電流型變壓器隔離后，發(fā)送給模式運算電路；模式運算電路根據(jù)DSP發(fā)送的經(jīng)電磁隔離的控制量，產(chǎn)生7V標(biāo)準(zhǔn)電壓的四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號或三線自整角機信號，該信號經(jīng)電壓幅值運算電路和功率驅(qū)動電路后產(chǎn)生具有一定功率的標(biāo)準(zhǔn)軸角信號。模式運算電路可輸出四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號或三線自整角機信號，當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器模
式輸出時
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，實現(xiàn)該方法的電路包括數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路、電子式寬頻寬壓SCOTT變壓器和DSP數(shù)字信號處理器；數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路由細(xì)分電路和粗分電路組成；細(xì)分電路是一個低16位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路，粗分電路由精密電阻網(wǎng)絡(luò)、精密運放和模擬開關(guān)組成；電子式寬頻寬壓SCOTT變壓器由模式運算電路、電壓幅值運算電路和功率驅(qū)動電路組成；數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路接收外部輸入的經(jīng)電流型變壓器隔離的激磁信號和DSP 數(shù)字信號處理器發(fā)送的20位數(shù)字角θ，產(chǎn)生正余弦信號，經(jīng)電流型隔離變壓器發(fā)送給模式運算電路，模式運算電路根據(jù)DSP數(shù)字信號處理器發(fā)送的經(jīng)電磁隔離的控制命令控制前端輸入繼電器，進(jìn)行信號類型選擇，輸出四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號或三線自整角機信號給電壓幅值運算電路，電壓幅值運算電路根據(jù)DSP數(shù)字信號處理器發(fā)送的經(jīng)電磁隔離的幅值控制命令，輸出相應(yīng)幅值的軸角信號，功率驅(qū)動電路根據(jù)DSP數(shù)字信號處理器發(fā)送的經(jīng)電磁隔離的控制命令將軸角信號輸出，選擇相應(yīng)電壓段的功率放大電路進(jìn)行功率、幅值放大，輸出軸角信號，實現(xiàn)數(shù)字到軸角的轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法，其特征在于數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路由高4位粗分權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和低16位細(xì)分權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)均采用低溫漂精密電阻網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，高4位粗分角度和低16位細(xì)分角度依據(jù)三角函數(shù)正、余弦兩角和與差數(shù)字表達(dá)式合成為20位全角度；實現(xiàn)0. 001°精度的2V低壓正余弦信號輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述的模式運算電路由精密電阻、精密運算放大器和前端輸入繼電器組成，接收固定的兩路正余弦信號 U, = sin sin fmt)TT U . \ /、，依據(jù)輸出信號模式不同，切換對應(yīng)電路；當(dāng)四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號 I U2 = cos sm j輸出時將SGND、cos θ、sin θ和CGND信號放大后輸出給電壓幅值運算電路；當(dāng)三線自整角機信號輸出時，將SGND、-sin( θ +240° )和sin θ信號放大后輸出給電壓幅值運算電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字-軸角信號轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述的電壓幅值運算電路由高精度線性DAC和精密運算放大器組成，接收四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號SGND、cos θ、 sin θ和CGND或三線自整角機信號SGND、-sin( θ +240° )和sin θ，依據(jù)輸出信號電壓幅值不同，輸出0. 388V-7V的四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號或三線自整角機信號。
全文摘要
本發(fā)明是一種數(shù)字—軸角信號轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，實現(xiàn)該方法的電路包括數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路、電子式寬頻寬壓SCOTT變壓器和DSP數(shù)字信號處理器；數(shù)字-正余弦信號轉(zhuǎn)換電路由細(xì)分電路和粗分電路組成；細(xì)分電路是一個低16位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路，粗分電路由精密電阻網(wǎng)絡(luò)、精密運放和模擬開關(guān)組成；電子式寬頻寬壓SCOTT變壓器由模式運算電路、電壓幅值運算電路和功率驅(qū)動電路組成。本發(fā)明數(shù)字—軸角信號轉(zhuǎn)換方法采用全電子技術(shù)，能實現(xiàn)寬頻寬壓的自整角機信號或旋轉(zhuǎn)變壓器信號輸出，且轉(zhuǎn)換精度高，可擴展性強。
文檔編號H03M1/66GK102538832SQ20111043800
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者奚志林, 寇志強, 張明, 李云飛 申請人:連云港杰瑞電子有限公司