一種鎖相環(huán)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種鎖相環(huán)，包括依次連接的鑒相器、低通濾波器和壓控振蕩器，其輸入信號為模擬信號，輸出信號為數(shù)字信號，其特征在于，所述輸出信號由若干權位表示，所述權位與一角度數(shù)據(jù)集中的角度元素對應，所述權位中至少包含與180°和90°的角度元素對應的第一權位和第二權位，所述輸出信號為所述權位中的有效權位對應的角度元素之和。本方法由于輸出信號轉sinψ和cosψ的值是通過尋址實現(xiàn)的，而且乘法計算和差分計算也是通過電路實現(xiàn)的，避免了通過軟件計算的方式進行鑒相，有效提高了鑒相速度。
【專利說明】一種鎖相環(huán)

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于相位跟蹤【技術領域】，尤其是一種鎖相環(huán)。

【背景技術】
[0002]常用的測角度傳感器有絕對式光柵編碼器、霍爾傳感器和旋轉變壓器。絕對式光 柵編碼器直接將轉軸角度轉換成數(shù)字信號，應用簡單方便，但因環(huán)境適應性、價格等因素致 使難以廣泛應用；霍爾傳感器結構簡單，但難以達到高精度角度測量要求而受到限制；旋 轉變壓器因結構可靠、實時性好、環(huán)境適應性強等優(yōu)點而廣泛應用于高精度伺服系統(tǒng)中。旋 轉變壓器是目前最精確、最可靠的軸位摸擬傳感器，廣泛用于航空、航天、航海等各種控制 系統(tǒng)，例如雷達定向導航、坐標變換、火炮控制、機床控制系統(tǒng)等。
[0003] 由于旋轉變壓器輸出的是一種交流調制信號，在工業(yè)控制過程中，常需要把旋轉 變壓器信號轉換成數(shù)字角度信號，再提供給計算機數(shù)字系統(tǒng)處理。這種轉換是基于二階伺 服原理的數(shù)字轉換電路，即鎖環(huán)相跟蹤系統(tǒng)其核心是鑒相器電路。傳統(tǒng)上，旋轉變壓器輸出 的摸擬信號由采樣保持電路經(jīng)A/D轉換成數(shù)字信號再由單片機（或DSP)電路進行反三角 函數(shù)運算處理確定軸角的數(shù)字角度與輸出數(shù)字角度進行比較鑒相，這種鑒相處理方法，使 得整個系統(tǒng)的分辨率、絕對精度都非常低，尤其是跟蹤速度非常低，根本無法滿足高速高精 度應用場合?；蛘邔⑿D變壓器反饋信號直接送入模數(shù)轉換器，通過軟件解調算法實現(xiàn)轉 子位置信息的數(shù)字轉換與輸出數(shù)字角度進行比較鑒相，這種方法原理簡單，但旋轉變壓器 為保證一定測量速度下的精度，其反饋信號頻率要求在20kHz以上，對模數(shù)轉換器的轉換 速率以及軟件解調速率要求更高（通常需要在1MHz)，從而導致器件成本大大增加。 實用新型內容
[0004] 針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種鎖相環(huán)，以解決現(xiàn)有鎖相 環(huán)運算量過大，反應較慢的技術缺陷。
[0005] 為此，本實用新型采用的技術方案如下：
[0006] 一種鎖相環(huán)，包括依次連接的鑒相器、低通濾波器和壓控振蕩器，其輸入信號為模 擬信號，輸出信號為數(shù)字信號，所述輸出信號由若干權位表示，所述權位與一角度數(shù)據(jù)集中 的角度元素對應，所述權位中至少包含與180°和90°的角度元素對應的第一權位和第二 權位，所述輸出信號為所述權位中的有效權位對應的角度元素之和；
[0007] 所述鑒相器包括輸入信號轉換器、開關選擇電路、第一處理模塊、第二處理模塊和 差分電路； _
[0008] 所述開關選擇電路的控制端與所述輸出信號的第一權位和第二權位連接；
[0009] 所述輸入信號轉換器的輸出端與所述開關選擇電路的輸入端連接，所述開關選擇 器的輸出端分別與所述第一處理模塊和第二處理模塊連接，所述第一處理模塊和第二處理 模塊的輸出端分別與所述差分電路的輸入端連接；
[0010] 其中，所述第一處理模塊包括第一乘法器、第一數(shù)模轉換器和第一存儲器，所述開 關選擇器的輸出端與臟第-雜獅-輸人端連接；臟第-存儲器_址輸入與所 述輸出信號的第一權位和第二權位以外的權位連接，輸出端與所述第一數(shù)模轉換器的輸入 端連接；所述第一數(shù)模轉換器的輸出端與所述第一乘法器的另一輸入端連接，所述第一乘 法器的輸出端與所述差分電路的一輸入端連接；
[0011]所述第二處理模塊包括第二乘法器、第二數(shù)模轉換器和第二存儲器，所述開關選 擇器的輸出端與所述第二乘法器的一輸入端連接；所述第二存儲器的地址輸入端與輸出信 號的第一權位和第二權位以外的權位連接，輸出端與所述第二數(shù)模轉換器的輸入端連接； 所述第二數(shù)模轉換器的輸出端與所述第二乘法器的另一輸入端連接，所述第二乘法器的輸 出端與所述差分電路的另一輸入端連接。
[0012] 作為一種優(yōu)選的技術方案，所述輸入信號轉換器包括旋轉變壓器、第一同相器和 第一反相器，以及第二同相器和第二反相器，
[0013] 所述旋轉變壓器的正弦輸出端分別與所述第一同相器和第一反相器的輸入端連 接，所述第一同相器和第一反相器的輸出端分別與所述開關選擇電路的輸入端連接；
[0014] 所述旋轉變壓器的余弦輸出端分別與所述第二同相器和第二反相器的輸入端連 接，所述第二同相器和第二反相器的輸出端分別與所述開關選擇電路的輸入端連接。
[0015] 作為一種優(yōu)選的技術方案，所述角度值為〇°?90°。
[0016] 作為一種優(yōu)選的技術方案，所述角度數(shù)據(jù)集為首位的角度元素為180°，后一角度 元素為其前一角度元素的一半的數(shù)列。
[0017] 作為一種優(yōu)選的技術方案，所述輸出信號的權位為10?16位，其權位按照由高至 低分別與所述數(shù)列中的角度元素對應。
[0018] 作為一種優(yōu)選的技術方案，還包括輸出鎖存電路，所述第一權位和第二權位通過 所述輸出鎖存電路與所述開關選擇電路連接。
[0019] 本實用新型涉及的技術方案根據(jù)輸出信號的數(shù)值進行尋址獲得的輸出信號對應 的正弦值和余弦值進行乘法后，通過差分電路來輸出所述輸入信號與輸出信號的相位差。 由于計算量最大的計算輸出信號的值是通過尋址實現(xiàn)的，而且乘法計算和差分計算也是通 過電路實現(xiàn)的，避免了通過軟件計算的方式進行鑒相，有效提高了鑒相速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型所述一種鎖相環(huán)一實施方式中輸出信號的示意圖；
[0021]圖2是本實用新型所述一種鎖相環(huán)一實施方式中鑒相器的示意圖；'
[0022]圖3是本實用新型所述一種鎖相環(huán)一實施方式的工作流程示意圖；
[0023]圖4是本實用新型所述一種鎖相環(huán)一實施方式的工作流程示意圖|
[0024]圖5是本實用新型所述一種鎖相環(huán)一實施方式中鑒相器的結構示意圖.
[0025]圖6是本實用新型所述一種鎖相環(huán)一實施方式的結構示意圖；^ ，
[0026]圖中：
[0027] 1〇 :輸入信號轉換器；11 :旋轉變壓器；12 :第一同相器；丨3 :第一反相器· ^相器；I5 :第-反相器；2〇 :開關選擇電路；3〇 :第一處理模塊；:第一數(shù)模 第一乘法器；33 :第一存儲器；40 :第二處理模塊；41 :第二數(shù)模轉換器 法： 43 :第二存儲器；50 :差分電路。 .艱-乘法器；

【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖，對本實用新型做進一步說明。為了克服現(xiàn)有鎖相環(huán)中的全象限輸 入模擬角與輸出數(shù)字角的鑒相方法響應時間長的缺陷,本實用新型采用輸出信號從存儲器 中進行尋址來實現(xiàn)鑒相，該鑒相方法不僅簡單、可靠，而且晌應時間大大提高達到 ms級。 [0029]參見圖1，圖1是本實用新型所述一種鎖相環(huán)一實施方式中輸出信號的示意圖。其 中，輸入信號為模擬信號，輸出信號為數(shù)字信號。如圖i所示，所述輸出信號包含若干權位， 所述權位與一角度數(shù)據(jù)集中的角度元素對應，所述權位中至少包含與 18〇。和9〇。的角度 元素對應的第一權位和第二權位,所述輸出信號為所述權位中的有效權位對應的角度元素 之和。在一些優(yōu)選實施方式中，所述角度數(shù)據(jù)集為首位的角度元素為 18〇。，后一角度元素 為其前一角度元素的一半的數(shù)列，所述輸出信號的權位按照由高至低分別與所述數(shù)列中的 角度元素對應。因此，對于具有η個權位的輸出信號而言，由高至低的第i個權位對應的角 度元素％為 ：
[0030]

【權利要求】
1. 一種鎖相環(huán)，包括依次連接的鑒相器、低通濾波器和壓控振蕩器，其輸入信號為模擬 信號，輸出信號為數(shù)字信號，其特征在于，所述輸出信號由若干權位表示，所述權位與一角 度數(shù)據(jù)集中的角度元素對應，所述權位中至少包含與180°和90°的角度元素對應的第一 權位和第二權位，所述輸出信號為所述權位中的有效權位對應的角度元素之和； 所述鑒相器包括輸入信號轉換器、開關選擇電路、第一處理模塊、第二處理模塊和差分 電路； 所述開關選擇電路的控制端與所述輸出信號的第一權位和第二權位連接； 所述輸入信號轉換器的輸出端與所述開關選擇電路的輸入端連接，所述開關選擇器的 輸出端分別與所述第一處理模塊和第二處理模塊連接，所述第一處理模塊和第二處理模塊 的輸出端分別與所述差分電路的輸入端連接； 其中，所述第一處理模塊包括第一乘法器、第一數(shù)模轉換器和第一存儲器，所述開關選 擇器的輸出端與所述第一乘法器的一輸入端連接；所述第一存儲器的地址輸入端與所述輸 出信號的第一權位和第二權位以外的權位連接，輸出端與所述第一數(shù)模轉換器的輸入端連 接；所述第一數(shù)模轉換器的輸出端與所述第一乘法器的另一輸入端連接，所述第一乘法器 的輸出端與所述差分電路的一輸入端連接； 所述第二處理模塊包括第二乘法器、第二數(shù)模轉換器和第二存儲器，所述開關選擇器 的輸出端與所述第二乘法器的一輸入端連接；所述第二存儲器的地址輸入端與輸出信號的 第一權位和第二權位以外的權位連接，輸出端與所述第二數(shù)模轉換器的輸入端連接；所述 第二數(shù)模轉換器的輸出端與所述第二乘法器的另一輸入端連接，所述第二乘法器的輸出端 與所述差分電路的另一輸入端連接。
2. 如權利要求1所述的一種鎖相環(huán)，其特征在于，所述輸入信號轉換器包括旋轉變壓 器、第一同相器和第一反相器，以及第二同相器和第二反相器， 所述旋轉變壓器的正弦輸出端分別與所述第一同相器和第一反相器的輸入端連接，所 述第一同相器和第一反相器的輸出端分別與所述開關選擇電路的輸入端連接； 所述旋轉變壓器的余弦輸出端分別與所述第二同相器和第二反相器的輸入端連接，所 述第二同相器和第二反相器的輸出端分別與所述開關選擇電路的輸入端連接。
3. 如權利要求2所述的一種鎖相環(huán)，其特征在于，所述角度值為0°?90°。
4. 如權利要求1-3任一項所述的一種鎖相環(huán)，其特征在于，所述角度數(shù)據(jù)集為首位的 角度元素為180°，后一角度元素為其前一角度元素的一半的數(shù)列。
5. 如權利要求4所述的一種鎖相環(huán)，其特征在于，所述輸出信號的權位為10?16位， 其權位按照由高至低分別與所述數(shù)列中的角度元素對應。
6. 如權利要求5所述的一種鎖相環(huán)，其特征在于，還包括輸出鎖存電路，所述第一權位 和第二權位通過所述輸出鎖存電路與所述開關選擇電路連接。
【文檔編號】H03L7/085GK204068930SQ201420426932
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權日:2014年7月30日
【發(fā)明者】楊波 申請人:佛山科學技術學院