一种单芯片数字-旋转变压器信号转换方法
【技术领域】
[0001] 本发明是属于信号模拟与测试技术领域，特别是一种单芯片数字-旋转变压器信 号转换方法。
【背景技术】
[0002] 数字-旋转变压器信号转换器就是将数字角度信号转换成旋转变压器信号，是现 代轴角电子变换技术中的核心器件，广泛应用于航天、航空、雷达、火控及工业自动化领域。 现有的数字-旋转变压器转换器只能实现一种信号电压和一种信号频率的转换，功能单 一，产品性价比低，适应性差，不利于角度测量及控制领域的推广应用。
[0003] 旋转变压器作为轴角驱动元件，为自动控制系统提供低成本、高精度的驱动器。在 工业检测控制领域中，需要把用于微处理器或计算机的数字信号转换成旋转变压器信号。 目前，实现数字-旋转变压器转换方式是采用D/A转换器、运算放大器、电阻网络等分离元 件组成的编码电路，这种转换方式采用分体式结构，不可避免地需要使用大量的分离元件， 存在以下缺陷：
[0004] 1、体积大，元件分布比较分散，不能实现系统元件高密度安装，体积比较大。
[0005] 2、可靠性差，使用了大量分离元件，集成度低，降低了系统的可靠性。
[0006] 由于在分离元件所构成的数字到旋转变压器转换技术的成熟和运用，同时结合了 国内集电路技术的迅速发展，我们对电路进行再优化，使其可以与集成电路工艺完全结合， 形成数字到旋转变压器转换芯片。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种新的单芯片数 字-旋转变压器信号转换方法，它能实现旋转变压器信号输出，且转换精度高，可扩展性 强。
[0008] 本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种单 芯片数字-旋转变压器信号转换方法，其特点是，实现该方法的电路由三角函数粗分发生 电路、三角函数细分组合电路、线性DAC电路、象限选择电路和数字接口电路组成，并采用 CMOS工艺将上述电路集成在单个芯片上。参考信号（电压幅值V)依次发往三角函数粗分 发生电路、三角函数细分组合电路、线性DAC电路、象限选择电路，同时数字接口电路发送 的16位数字角Φ，（其中Φ是二进制角度分为DBl~DB16, DBi对应#，其中i = 1、 2、···、16,即：DBl 对应 180°、DB2 对应 90°、......、DB16 对应 0· 0054931640625° )，发 往上述的电路（其中DB1、DB2控制象限选择电路，而在（0°~90° )范围内将数字角Φ 分解为α + β，其中α分为DB3~DB5, β分为DB6~DB16。α角（DB3~DB5)控制三角 函数细分组合电路；β角（DB6~DB16)控制SIN线性DAC电路和COS线性DAC电路。）组 合后产生正余弦信号，最终完成数字角Φ转换为模拟角Θ，实现高精度数字-轴角转换。
[0009] 本发明所要解决的方法方案来可以通过以下的方法方案来进一步实现。以上所 述的单芯片数字-旋转变压器信号转换方法，其特点是：三角函数粗分发生电路将输入的 参考信号（电压幅值V)在90°内分解为三角函数V*SIN0°、V*SIN22.5°、V*SIN45°、 V*SIN67.5。、V*SIN90。，即输出信号 V*SIN(m*22.5° )，m = 0、l、2、3、4。同时根据三角 函数定理，SINa =C0S(90° -α)，因此也相当于 V*C0S90°、V*C0S67.5°、V*C0S45°、 V*C0S22.5。、V*C0S0°，即输出信号 V*C0S(m*22.5° )，m = 0、l、2、3、4。
[0010] 本发明所要解决的方法方案来可以通过以下的方法方案来进一步实现，以上所 述的单芯片数字-旋转变压器信号转换方法，其特点是：三角函数细分组合电路，分为SIN 组合电路和COS组合电路两部份。其中SIN组合电路将输入的V*SIN0°、V*SIN22. 5°、 V*SIN45。、V*SIN67. 5。、V*SIN90。信号，通过数字角 a (DB3、DB4、DB5)，a = n*ll. 25° (η = 0、1、2......7)对开关进行选择，使得输入信号两两组合，形成如下关系：
[0012] 其中 n = 0、l、2、3。
[0013] 最后输出两组相差11.25°，值为￥*3預(11*11.25°)和￥*3預（(11+1)*11.25°) (其中n = 0、l、2......7)的输出信号。再输入SIN线性DAC电路。
[0014] 其中 COS 组合电路将输入的 V*C0S90。、V*C0S67. 5。、V*C0S45。、V*C0S22. 5。、 V*C0S0°信号，通过数字角a (DB3、DB4、DB5)对开关进行选择，使得输入信号两两组合，形 成如下关系：
[0016] 其中 n = 0、l、2、3。
[0017] 最后输出两组相差 11.25°，值为 V*C0S(n*11.25)和 V*C0S((n+l)*11.25)(其中 n = 0、l、2......7)的输出信号。再输入COS线性DAC电路。
[0018] 本发明所要解决的方法方案来可以通过以下的方法方案来进一步实现。以上所述 的单芯片数字-旋转变压器信号转换方法，其特点是：线性DAC电路由SIN线性DAC电路和 COS线性DAC电路。其中SIN线性DAC电路对输入的两组相差11. 25°的SIN信号进行线 性分解，在根据三角函数的近似性，将输入的数字角度β(〇° <β〈11.25°，β包括DB6~ DB16)与SIN信号，组合成SIN(11.25° *η+β)并输出。如下近似公式所示：
[0020] ，其中 0〈β〈11·25。。最终在（0。~90。）范围内组合成 SIN(11.25° *η+β) (其中η = 0、1、2......7)，输入象限选择电路。
[0021] 其中COS线性DAC电路对输入的两组相差11. 25°的SIN信号进行线性分解，在根 据三角函数的近似性，将输入的数字角度β (0° <β〈11.25°，β包括DB6~DB16)与COS 信号，组合成C0S(11.25° *η+β)并输出。如下近似公式所示： CN 105180973 A 兄明十ι 3/5 页
[0023] ，其中 0〈β〈11·25。。最终在（0。~90。）范围内组合成 C0S(11.25° *η+β) (其中η = 0、1、2......7)，输入象限选择电路。
[0024] 本发明所要解决的方法方案来可以通过以下的方法方案来进一步实现。以上所 述的单芯片数字-旋转变压器信号转换方法，其特点是：在象限选择电路中由DB1、DB2 (即 180。，90 ° )信号对V*SIN( α + β )和V*C0S ( α + β )进行象限选择，合成V*SIN Θ和 V*C0S9。将[0。~360。）分为四个象限：[0。~90。）、[90。~180。）、[180。~ 270。）、[270° ~360。）。
[0025] 在[0。~90。）象限输出 V*SIN(a+β)和 V*C0S(a+β);
[0026] 在[90。~180。）象限输出 V*SIN(a+0)和-V*C0S(a+P);
[0027] 在[180。~270。）象限输出 _V*SIN(a+β)和 V*C0S(a+β);
[0028] 在[270。~360。）象限输出-V*SIN(a+0)和-V*COS(a+0)。
[0029] 最终输出转换后的模拟角V*SIN Θ和V*C0S Θ实现完成〇°~360°范围内的分 辨率16位的正余弦信号输出。
[0030] 与现有技术相比，本发明方法采用单芯片集成，体积小，元件集成度高，可靠性高。 采用相对匹配电阻分压结构，具有较高的转换精度。采用运放分段转换结构，可以适应不同 的电压频率，具有较高的适应性。采用模拟转换原理，具有较快的转换速度。本发明方法能 实现旋转变压器信号输出，且转换精度高，可扩展性强。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明的原理框图；
[0032] 图2是三角函数粗分发生电路图；
[0033] 图3、图4是三角函数细分组合电路图；
[0034] 图5、图6是线性DAC电路图；
[0035] 图7、图8是象限选择电路图。
【具体实施方式】
[0036] 以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解 本发明，而不构成对其权利的限制。
[0037] 实施例1，一种单芯片数字-旋转变压器信号转换方法，实现该方法的电路由三 角函数粗分发生电路、三角函数细分组合电路、线性DAC电路、象限选择电路和数字接口 电路组成，并采用CMOS工艺将上述电路集成在单个芯片上。参考信号（电压幅值V)依 次发往三角函数粗分发生电路、三角函数细分组合电路、线性DAC电路、象限选择电路，同 时数字接口电路发送的16位数字角Φ，（其中Φ是二进制角度分为DBl~DB16, DBi 对应Λ，其中 i = 1、2.....16, 即：DBl 对应 180°、DB2 对应 90° ........DB16 对应 0. 0054931640625° )，发往上述的电路（其中DB1、DB2控制象限选择电路，而在（0°~ 90° )范围内将数字角Φ分解为α+β，其中α分为DB3~DB5，0分为DB6~DB16。α 角（DB3~DB5)控制三角函数细分组合电路；β角（DB6~DB16)控制SIN线性DAC电路 和COS线性DAC电路。）组合后产生正余弦信号，最终完成数字角Φ转换为模拟角Θ，实 现高精度数字-轴角转换。其结构如图1所示。
[0038] 实施例2,在实施例1所述的转换方法中：三角函数粗分发生电路将输入的参 考信号（电压幅值V)在90°内分解为三角函数V*SIN0°、V*SIN22. 5°、V*SIN45°、 V*SIN67.5。、V*SIN90。，即输出信号 V*SIN(