一種新型高速數(shù)顯表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(二)

我們采用大規(guī)模集成電路AD2S80（RDC）作為數(shù)字信號處理芯片。它是跟蹤式單片集成電路，是ANALOGDEVICES公司新一代RDC。它可用于旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器的數(shù)字轉(zhuǎn)換，由于它將感應(yīng)同步器的信號轉(zhuǎn)換為自然二進(jìn)制數(shù)是采用一種比率式跟蹤方式，輸出數(shù)字角度只與輸入的正弦和余弦信號的比值有關(guān)，而與它的絕對值無關(guān)，因此具有較高的噪聲抑制能力，減少由于從感應(yīng)同步器經(jīng)遠(yuǎn)距離傳輸帶來的誤差。
同時使用EPROM譯碼，LED數(shù)碼顯示出角位移量。系統(tǒng)采用總體開環(huán)，數(shù)字信號處理單元由AD2S80及外圍器件構(gòu)成，它完成正余弦函數(shù)變化的角度信號。AD2S80的分辨率和動態(tài)性能可任意選擇，可供選擇的分辨率為10、12、14、16bit，可通過SC1和SC2的輸入邏輯電平來選擇。我們根據(jù)技術(shù)要求選擇12bit，它的轉(zhuǎn)換器跟蹤速度上限取決于集成電路內(nèi)壓控振蕩器輸出頻率的最高上限，對于AD2S80它的最高上限頻率為:
跟蹤速度上限可由下式計(jì)算：
跟蹤速度上限=（）(理論值)
式中：（是輸出分辨率），對于12位，。
根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，數(shù)顯表實(shí)際跟蹤速度范圍為：0～180°/S，可以滿足跟蹤速度指標(biāo)要求。
數(shù)顯表電路原理如圖2所示，主要由以下部分組成：
2.1振蕩電路
對振蕩電路我們采用了一個場效應(yīng)管來控制電路增益的振蕩電路，它波形失真小，電路中差分對管夠成的檢波放大電路給壓控電阻提供與振幅有關(guān)的控制電壓，以實(shí)現(xiàn)自動穩(wěn)幅功能，輸出振幅的穩(wěn)定性可達(dá)到0.1%，輸出振幅的調(diào)節(jié)率為100:1，溫度系統(tǒng)1mV/℃。
2.2電壓跟隨器及功率驅(qū)動電路
由于圓感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子的電阻很小，大約只有幾歐姆左右，所以要求電路具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力，而電壓不能過高的功放電路。因此我們采用美國NS公司推出的LM2030集成芯片，該芯片失真小，輸出功率大，工作穩(wěn)定可靠，內(nèi)部保護(hù)完善，外圍電路元件少。電阻和電容采用金屬膜電阻和CBB電容。在LM2030集成芯片上加有足夠的散熱片。否則溫度升高使LM2030芯片過熱保護(hù)電路工作，從而使LM2030芯片關(guān)斷。為保證前級振蕩電路的穩(wěn)定工作，而不使輸出脈沖的相位和波形失真，電路的設(shè)計(jì)采用了電路跟隨器與功放電路進(jìn)行隔離，以提高工作的穩(wěn)定性和可靠性。
2.3前置放大電路
由于感應(yīng)同步器幅相相交換輸出為毫伏級，因此產(chǎn)生的感應(yīng)信號必須通過前置放大千倍左右，才能進(jìn)行幅相測量，并通過電纜送入A/D轉(zhuǎn)換電路中。放大會導(dǎo)致誤差，因此要求放大器的放大倍數(shù)要穩(wěn)定，波形失真要小，同時相移也要穩(wěn)定，放大器應(yīng)盡量對稱。由于前置放大器輸入信號小，放大倍數(shù)比較高，所以必須放在屏蔽盒內(nèi)，屏蔽盒裝在經(jīng)緯儀內(nèi)，并有良好的接地。放大器采用同相輸入方式，因?yàn)楦袘?yīng)同步器輸出為電壓信號，同相輸入放大輸入阻抗高，有利于信號放大。同時采用變壓耦合器升壓后送入運(yùn)放，變壓耦合器的優(yōu)點(diǎn)是：易于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，沒有溫漂現(xiàn)象，并且有選頻作用。
2.4相位補(bǔ)償電路
感應(yīng)信號通過反相放大后，為發(fā)調(diào)整由于整個電路帶來的附加相移，在放大器后加一級相位補(bǔ)償電路，進(jìn)行相位補(bǔ)償。該電路利用運(yùn)算放大器的差動輸入在處產(chǎn)生90°相移，如果輸入頻率在0～∞范圍內(nèi)變化，相位便會在180°～0°之間變化，若以90°相移的頻率為中心，頻率偏離時其相角為：
為了獲得任意相角，選擇適當(dāng)電容量，并使
2.5計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路
用DIR作為加減計(jì)數(shù)控制，對上面的RIPPLECLOCK進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可以完成二倍節(jié)距的計(jì)數(shù)，信號處理電路和計(jì)數(shù)電路輸出的結(jié)果為二進(jìn)制形式，將二進(jìn)制數(shù)顯示為度、分、秒的形式。若采用邏輯電路進(jìn)行譯碼，則電路較為復(fù)雜，我們采用了EPROM譯碼方式，每片有8位數(shù)據(jù)，可產(chǎn)生24位BCD碼，輸出的數(shù)字量通過數(shù)碼驅(qū)動電路驅(qū)動LED顯示，共顯示7位數(shù)據(jù)。根據(jù)電路的特點(diǎn)，用2片EPROM（2764）就可完成分、秒的譯碼，度的譯碼是采用VHDL硬件描述語言進(jìn)行集成MAX（EPM7128SLC84）芯片編程。加減計(jì)數(shù)和譯碼程序略。
2.6A/D轉(zhuǎn)換集成電路
A/D轉(zhuǎn)換集成電路芯片AD2S80是美國AD的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過三態(tài)輸出選擇并行的二進(jìn)制碼，能夠較好地滿足圓感應(yīng)同步器數(shù)顯表對角位移檢測精度的要求。
3、結(jié)語
(1)跟蹤速度快。系統(tǒng)采用總體開環(huán)，數(shù)字信號處理單元由AD2S80及外圍器件構(gòu)成，它完成正余弦函數(shù)變化的角度信號。跟蹤速度上限可達(dá)268（）。
(2)抗干擾能力強(qiáng)。在數(shù)字轉(zhuǎn)換器（RDC）內(nèi)部采用閉環(huán)伺服跟蹤，輸出數(shù)字角與輸入的正弦余弦信號的比值有關(guān)，而與它的絕對值大小無關(guān)。因此具有較高的噪聲抑制能力，以減少遠(yuǎn)距離長線傳輸帶來的誤差。
我們對數(shù)顯表作了新的設(shè)計(jì)，采用大規(guī)模單片集成電路AD2S80芯片，簡化了電路，提高了可靠性，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。