Микросхема преобразователя Угол-Код для индуктивных датчиков типа СКВТ и Сельсины
Микросхема
преобразователя Угол-Код для индуктивных датчиков типа СКВТ и Сельсины
Введение
Настоящая статья посвящена микросхеме
преобразователя Угол-Код российского производства для обработки сигналов
индуктивных датчиков типа СКВТ (синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы)
и аналогичных индуктивных датчиков угловых и линейных перемещений. Микросхема
также способна обрабатывать и сигналы емкостных датчиков, конструктивно
выполненных по идеологии СКВТ.
Микросхема содержит два функционально
независимых канала обработки входных сигналов, два выходных аналоговых канала
сигналов для организации питания датчиков и устройство управление позволяющее
задать конфигурацию работы микросхемы и режимов пост-обработки результатов
измерения. Имеется встроенный генератор тактовой частоты.
Также микросхема содержит контроллер
последовательного интерфейса SPI, предназначенный для настройки режимов
микросхемы и организации выдачи результатов в цифровом виде. Для
масштабирования и преобразования входных сигналов на входе микросхемы выполнены
входные масштабирующие усилители с последующими АЦП. Весь алгоритм работы
микросхемы реализован на программируемом цифровом автомате. Напряжение питания
датчиков в аналоговом виде синтезируется на выходных ЦАП. Предусмотрен
программный обход входных и выходных усилителей и при этом допускается
использование внешних операционных или инструментальных усилителей.
Функциональная реализация алгоритма описана в статье (1).
Структурная схема микросхемы приведена на
рисунке 1.
рис 1
1. Режимы работы микросхемы
Микросхема может быть настроена на обработку
сигналов:
двух независимых датчиков типа СКВТ или датчиков
линейных перемещений в любой конфигурации;
одного двухотсчетного датчика СКВТ;
одного сельсина;
также микросхема в режиме СКВТ, способна
обрабатывать сигналы емкостных датчиков угловых перемещений.
Микросхема способна работать как в ведомом
режиме при питании датчиков от внешней сети, так и автономно, выходные ЦАП
работают как генераторы напряжения питания датчиков. Возможно независимое по
частоте и фазе питание датчиков в двух каналах или генерация квадратурного
напряжения. Для усиления мощности генераторов и/или выходного напряжения
необходимо использование внешних усилителей. Для компенсации сдвига фазы во
внешнем усилителе возможна коррекция по сигналам компараторов соответствующих
каналов. Сигналы компараторов в ведомом режиме используются подстройки схемы по
частоте и фазе под входной опорный сигнал.
В контуре управления микросхемы предусмотрена
возможность компенсации разбаланса входного квадратурного сигнала по амплитуде
и по не ортогональности в пределах ±10% и ±5эл.град.
В пост-процессоре устройства управления возможна
коррекция нелинейности датчиков, вызванной гармонической нелинейностью
магнитных полей по углу поворота. Предусмотрен корректирующий полином для
коррекции искажений до 5-ой гармоники.
Выходными сигналами микросхемы являются текущие
значения угла и угловой скорости по каждому каналу. Возможна выдача заранее
указанного сигнала по внешнему строб-сигналу.
2. Основные характеристики микросхемы
Микросхема выполнена в корпусе
Напряжение питания 3,0В ч 5,5В
Потребляемый ток не более 30мА
Тактовая частота 8МГц
Частота питания датчиков (опорная частота) 50Гц
ч 30кГц
Скорость вращения датчиков не более 40% от
опорной частоты
Максимальная точность до 16-ти разрядов
(одноканальный режим)
Время установления выходного сигнала от 1мс до
15мс
Частота выдачи данных до 60кслов
Диапазон входных напряжений АЦП 0,5В ч3В (ампл)
рис 2
Сравнение микросхемы с зарубежными аналогами
Учитывая высокую важность и широкую
применяемость преобразователей Угол-Код в различных системах управления от
морской и наземной техники и до космических аппаратов в мире выпускается
широкая номенклатура микросхем для обработки сигналов Угол-Код и модулей на их
основе.
Для сравнения приведены наиболее передовые
образцы и модули.
В качестве примера микросхем можно рассматривать
микросхемы RD-19220 и RD-19230 от Data Device Corporation, AD2S1200 и AD2S1210
от Analog Devices, ACT5028 от Aeroflex, в качестве модулей 168F200 и 168H500 от
Control Sciences incorp., HSDC/HRDC серия от Computer Conversion Corp. SDC-14A
серия от Rome Electronics Technology, CONV-RES/ENC-01 от ELL Болгария.
Существенное отличие модулей от микросхем - встроенные трансформаторы для
развязки от опорного напряжения и входных сигналов.
На рисунках 3 - 7 приведены фото некоторых из
этих блоков.
рис 3
рис 4
рис 5
рис 6
рис 7
Таблица 1 Сравнительная
характеристик микросхем и модулей
наименование
|
Миландр
|
RD-19230
|
AD2S1210
|
ACT5028
|
168F200
|
SDC-14A
|
RES/
ENC-01
|
параметр
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжение
питания, В
|
|
5
|
5
|
5
|
5
|
5
|
5
|
ток
потребления, мА
|
|
25
|
35
|
20
|
225
|
25
|
200
|
|
1к
- 10к
|
3к-
20к
|
45-30к
|
50-1,2к
|
60-400
|
10к-20к
|
скорость
вращения, об/c, max
|
|
1152
|
3125
|
1024
|
10
|
-
|
200
|
точность
разрядов, max
|
|
16
|
16
|
16
|
14
|
14
|
12
|
полоса
пропускания сигнала, Гц, max
|
|
1200
|
6500
|
-
|
2000
|
-
|
-
|
реализация
алгоритма цифра/аналог
|
|
А
|
Ц
|
А
|
-
|
-
|
-
|
трансформаторная
развязка
|
|
нет
|
нет
|
нет
|
да
|
да
|
да
|
Заключение
По основным параметрам микросхема RDC от ЗАО
«ПКК МИЛАНДР» соответствует или превосходит основные аналоги и позволяет
выполнить на ее основе преобразователи Угол-Код соответствующие современным
требованиям. Также модуль обработки сигналов (ядро микросхемы) в 2016 году
войдет в состав одного из новых микроконтроллеров серии 1986. Серийное
производство микросхемы в автономном варианте (конструктивно и функционально
законченный преобразователь Угол-Код) готовится в 4Q2015.
микросхема преобразователь сигнал
датчик
Литература
1. В. Ануфриев, А. Лужбинин, С.
Шумилин «Методы обработки сигналов индуктивных датчиков линейных и угловых
перемещений» Современная электроника №4 2014г. с.30-33.