双通道旋转变压器测角系统特点及设计方案
0引言
旋转变压器是一种电磁感应式传感器，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，它由定子和转子组成。其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。为了提高测量精度，采用双通道旋转变压器。双通道旋转变压器采用单相定子激磁、两相定子感应输出。在激磁绕组加上激磁电压Uref后，在粗轴的定子绕组中感应出正余弦电压Uc_sin，Uc_cos，在精轴的定子绕组中也感应出正余弦电压Uf_sin，Uf_cos。
AD2S82A和AD2S80A是美国模拟器件公司(Analog Devices Inc)生产的分解器数字转换器(简称RDC)。AD2S8X系列RDC可将转角转换成与转角成比例的数字量，它实质上是一种特殊的模数转换器。
AD2S82A和AD2S80A都属于AD2S8X系列中的产品，是一种单片式、分辨率可变RDC。在制造过程中它采用BiMOS工艺，使用双极性高精度线性电路，因此具有精度高、性能稳定及可靠性高等特点。
FPGA是可编程逻辑器件(PLD)的第四代产品，内部具有独立的I／O接口和逻辑单元CLB。使用灵活，适用性强，特别适用于复杂逻辑的设计，FPGA芯片是系统提高系统集成度和可靠性的最佳选择之一。
1 总体设计方案
系统总体框图如图1所示，采用集成芯片AD2S82A和AD2S80A，分别作为旋转变压器粗码盘和精码盘输出信号的解码器，将旋转变压器输出的模拟量转换成与之对应的数字量。然后将它们送入FPGA中进行误差补偿和数据组合，再在FPGA中对误差补偿后的二进制角度值，通过分段查表转换为以度分秒显示的角度值。
2 硬件电路设计
2．1 硬件电路框图
该硬件电路框图如图2所示，FPGA芯片作为系统的设计核心，对其他电路模块进行控制，同时在FPGA中实现误差补偿和数据组合和角度转换。
2．2 驱动及A／D转换模块
驱动电路主要采用集成芯片MAX038CPP，用其来产生正弦波，由于该正弦波电流很小，不能用其直接驱动旋转变压器，还要对其进行功率放大。功率放大电路主要采用集成芯片OPA541AM。
把驱动电路产生的正弦波作为双通道旋转变压器的激励信号，加到其定子绕组上，于是在其粗通道转子绕组上产生正弦波和余弦波，将它们送入AD2S82A，对其进行解码。同时，将旋转变压器精通道转子绕组产生的正弦波和余弦波送入AD2S80A，也进行解码。
通过AD2S82A和AD2S80A的片选端口，可以选择它们各自的分辨率10 b，12b，14 b，16b，与其对应的最高跟踪速度为1 040 r／s，260r／s，65 r／s，16 125 r／s。由于它们将旋转变压器式信号转换成自然二进制代码，是采用一种比率式跟踪方法，输出数字角只与输入正余弦信号的比值有关，而与绝对值无关，因此具有较高的噪音抑制能力，可以减小旋转变压器远距离传输带来的误差。这里AD2S82A和AD2S-SOA都选择12位输出。
