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一种高精度数字―自整角机转换器的研究 　　摘 要：文中研究的数字-自整角机转换器是将并行输入的14位TTL信号转换为三相交流自整角机模拟信号，同时具有5 VA的功率驱动能力。通过选择精密电阻网络以及合理的FPGA软件算法控制，可以使得该数字-自整角机转换器的转换精度达到3 LSB，即为4。同时为了保证该数字-自整角机转换器在输出5 VA功率时安全可靠，特地在功率运算放大器的输出级设计了过流保护和防反相电动势的反冲保护。 　　关键词：数字-自整角机；过流保护；反冲保护；功率驱动 　　中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）11-00-03 　　0 引 言 　　自整角机是一种角度传感器，该传感器利用电磁感应原理将旋转的角度值转换为三相交流信号。数字―自整角机（DSC）转换器是将并行的TTL二进制数码转换为自整角机输出的三相交流信号。DSC被广泛应用在航空、航天、兵器及自动控制的伺服系统和轴角控制系统中，具有转换精度高、跟踪速度快、可靠性好、适应能力强等优点[1]。 　　1 自整角机原理介绍 　　自整角机主要由定子和转子组成，定子绕组上输入参考信号，当转子转过角度时，其转子上的三相绕组会输出三相交流信号VS1、VS2、VS3，且满足式（1）。 　　（1） 　　从公式（1）可以看出，自整角机的三相输出正弦波信号的幅值与自整角机的旋转角度相关，其工作频率和相位理论与输入参考信号同频同相[2]。 　　2 数字―自整角机转换器原理设计 　　本文设计的数字-自整角机转换器要求输入信号有输入参考信号和并行二进制输入，要求输出为三相子整机信号，且输出功率为5 VA，其原理设计框图如图1所示[3]。 　　图1 数字―自整角机转换器的原理设计框图 　　输入参考信号通过参考信号放大电路转换为与参考信号同相的输出信号和与参考信号反相的输出信号；该同相输出信号和反相输出信号输入到象限选择电路；输入的并行TTL二进制数码是带有角度信息的二进制码，该二进制码通过加权处理就可对应输入的角度，并行TTL二进制输入到FPGA软件控制电路；FPGA软件控制电路的输出首先控制同相输出信号和反相输出信号的象限选择电路，保证象限选择电路输出正弦信号和余弦信号；该正弦信号和余弦信号输入到DAC正余弦乘法器，同时受FPGA软件控制电路控制DAC正余弦乘法器，输出带有输入角度信息的正余弦信号，该正余弦信号输出功率达不到设计要求，后级需要接功率驱动电路，输出满足功率要求的正余弦信号，且在功率运算放大电路中设计了过流保护和防反相电动势的反冲保护；该正余弦信号通过SCOTT变换输出三相自整角机信号，且输出功率满足设计要求。 　　3 数字―自整角机转换器电路设计 　　3.1 参考信号放大电路 　　参考信号放大电路主要是对输入参考信号Vref幅值的放大，要求输出相位相反的差动信号，图1所示为参考信号放大电路的原理图。一般参考信号幅值都会很大，如115 V、56 V、26 V等，而数字―自整角机转换器内部的供电一般都是±15 V，因此需要将参考信号Vref进行衰减。参考信号Vref通过输入电阻网络的衰减后，需要满足参考信号放大电路的输入差模信号要求，同时为了保护衰减后输入参考信号由于电压太高对放大电路的损伤，在参考信号Vref衰减后需要增加保护电路。参考信号放大电路输出差动同相输入信号Va和反相输入信号Vb，且同相输入信号Va与参考信号Vref同相，反相输入信号Vb与参考信号Vref反相。参考信号放大电路原理图如图2所示。 　　3.2 象限选择电路 　　象限选择电路主要通过两个控制信号T1和T2完成对同相输入信号Va和反相输入信号Vb的四个象限的选择输出模式。本论文的象限选择电路如图3所示。选择开关电路，当使能信号和为低电平时，D2和D3输出到S2和S3， 当使能信号OE1和OE4为低电平时，D1和D4输出到S1和S4。该象限选择电路的逻辑关系如表1所列。 　　通过表1可以看出，通过象限选择电路两个控制信号T1和T2可以选择4个对应的象限，实现象限选择功能。两个控制信号T1和T2由后级FPGA软件控制电路提供。 　　3.3 DAC正余弦乘法器 　　DAC正余弦乘法器输入信号为象限选择电路的输出Vsin和Vcos，通过FPGA软件控制实现对Vsin和Vcos输出幅值的可编程化。DAC正余弦乘法器的原理图如图4所示。Vsin通过FPGA软件控制量Din1控制幅值增益因子A，将该幅值增益因子A与Vsin信号相乘，其输出电压变为A×Vsin，其中A的大小与FPGA软件控制量Din1相关；Vcos通过FPGA软件控制量Din2控制幅值增益因子B，将该幅值增益因子B与Vcos信号相乘，使其输出电压变为B×Vcos，其