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 3,0 В ч 5,5 В 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 0,5 В ч3 В (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-19 220 и RD-19 230 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

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

1. В. Ануфриев, А. Лужбинин, С. Шумилин «Методы обработки сигналов индуктивных датчиков линейных и угловых перемещений» Современная электроника № 4 2014г. с.30−33.