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progettazione del modello HSDC 14596 serie alta precisione & Hi-Rel ibrido integrato resolver con il digitale

progettazione del modello HSDC 14596 serie alta precisione & Hi-Rel ibrido integrato resolver al convertitore digitale

Estratto: Questo il documento descrive il background di sviluppo e lo schema tecnico generale del modello HSDC 14596 serie risolutore convertitore digitale sviluppato da ECRIM. Il progettazione di circuiti chiave e soluzione di produzione domestica di chip per front-end processore di segnale, 64 settori generatore di funzioni, bipolare VCO e fase autoadattativa circuito sono principalmente analizzati. descrive in modo completo la tecnologia di progettazione dell'affidabilità per soddisfare "Tecnico requisiti dei componenti elettronici utilizzati nel progetto specializzato nello spazio ”, e anche con risultati della ricerca di processo come saldatura a chip, controllo dell'atmosfera interna e Au-Al legame.

Parole chiave: Risoluzione 16 bit, generatore di funzioni di settore, VCO bipolare, fase autoadattamento


1.Risolutore alla panoramica dei convertitori digitali

Il HSDC14596 serie di alta precisione, hi-rel resolver I convertitori in digitale sono una classe di alta precisione, alta rel, piccolo volume, basso consumo ibrido integrato elettronica. Il funzione del dispositivo nel sistema di navigazione inerziale della piattaforma è quella di convertire l'uscita del segnale analogico angolare dalla macchina sincrona o dal resolver in a 16 bit output di pesce digitale binario parallelo, in modo che il computer possa misurare i parametri fisici come angolo e spostamento, realizzare il sistema e raggiungere il target. Il lo schema a blocchi del sistema applicativo del dispositivo è mostrato in figura

1:


figura 1 Resolver allo schema a blocchi dell'applicazione convertitore digitale

Resolver al convertitore digitale è il componente chiave di analogico-digitale conversione nella piattaforma inerziale servo sistema. i suoi indicatori tecnici influenzano direttamente le prestazioni del sistema, in particolare il prodotto con 16 bit risoluzione, 1,3 punti precisione di conversione e RIPCLK segnale zero uscita, BT uscita del segnale di rilevamento guasti e un massimo 60 ° fase adattabile funzione. Il le unità militari nazionali hanno sempre fatto affidamento sui prodotti DC importati, e il ciclo e il prezzo sono limitati.

Questo il progetto ha superato il HSDC14596 serie di alta precisione e hi-rel tecnologia ibrida del convertitore di angolo dell'albero integrato e ha sfondato e padroneggiato le tecnologie chiave come il generatore di funzioni, controllato in tensione oscillatore e fase autoadattamento. allo stesso tempo, il circuito adotta un design di chip core indipendente per realizzare l'obiettivo della localizzazione dei prodotti. inoltre con l'applicazione di ECRIM saldatura a chip, controllo dell'atmosfera interna, oro-alluminio incollaggio e altri risultati della ricerca tecnologica nel processo di produzione di this prodotto, il grado di qualità di questo tipo di prodotto ha raggiunto K1 livello, quale può soddisfare i "componenti elettronici di ingegneria speciale aerospaziale." abilità requisito ".

2. Resolver al piano generale dei convertitori digitali

Questo Il progetto adotta il principio di progettazione del circuito di conversione dell'angolo dell'albero del tipo a tracciamento delle prestazioni come progetto generale del progetto della zattera elettrica e ha la capacità di realizzare capacità di tracciamento automatico digitale ad alta velocità e alta precisione per la simulazione di input pesce. in teoria, il convertitore ha buone prestazioni in pista statica e dinamica, buon anti-jamming e ambientale adattabilità. Il lo schema a blocchi del circuito è mostrato in figura 2:


figura 2 diagramma a blocchi di HSD14596 convertitore di serie

3. Resolver alle tecnologie chiave dei convertitori digitali

3.1 Resolver convertitori digitali Front-end progettazione di circuiti di elaborazione del segnale

Questo parte è composta da un convertitore SCOTT elettronico o da un amplificatore di isolamento, che funzioni per isolare l'angolo analogico di ingresso e convertirlo in due segnali ortogonali di precisione vs e Vc e convertono simultaneamente il segnale di eccitazione in a fase-fase controllo elaborazione segnale. Il front-end il circuito di elaborazione del segnale deve avere un grande modo comune rapporto di reiezione per accogliere l'ingresso di segnali CA come 11,8 V, 26 V e 115 V. allo stesso tempo, per garantire l'alta precisione del convertitore, la copertura dei vs e Vc i segnali devono essere rigorosamente abbinati. Il l'errore causato dalla mancata corrispondenza deve essere minore di 0,33. Il i principi e i metodi di progettazione sono descritti come segue:

macchina sincrona segnale: V (S3-S1) = Vsinθsinωt

V (S1-S2) = Vsin (θ-120 °) sinωt

V (S2-S3) = Vsin (θ-240 °) sinωt

(V = KVm; Vm è l'ingresso della tensione di riferimento della macchina sincrona, k è l'ingresso di riferimento della macchina sincrona e il rapporto della tensione di uscita del segnale )

Il il progetto del circuito è il seguente:

Quando: V (S2-S3) = Vsin (θ-240 °) sinωt

= V (sinθcos240 ° - cosθsin240 °) sinωt

= V (-sinθcos60 ° + cosθsin60 °) sinωt

= V ( cosθ- sinθ) sinωt

Quindi: V (S2-S3) + V (S3-S1)

= V ( cosθ- sinθ + sinθ) sinωt

= v cosθsinωt

Il il circuito di progettazione è il seguente:


figura 3 schematica elettronica di Scott

R1 = R2 = R3 ; R4 = R5 = R6 ; R7 = (1+) R8 ; R9 = R10

Disponibile: VS = Vsinθsinωt

VC = Vcosθsinωt

Per il resolver segnale: V (S3-S1) = Vsinθsinωt

V (S2-S4) = Vcosθsinωt

Il è progettato come un amplificatore differenziale struttura.

per garantire la precisione di conversione del circuito, il resistore R1 ~ R9 adotta ECRIM's progettazione del processo di rete di resistori a film sottile e l'accuratezza proporzionale della coppia di resistori deve essere ≤0,01 %. Il il certificato di uso effettivo soddisfa pienamente i requisiti dell'indicatore .

3.2 Resolver convertitori digitali 64 settori progettazione del circuito del generatore di funzioni

Il Il circuito del generatore di funzioni settoriali è la chiave per garantire alta precisione conversione di prodotti. Questo ha progettato un 64 settori generatore di funzioni e il metodo di approssimazione lineare viene utilizzato direttamente nel settore . Il ha un'elevata precisione teorica e l'errore teorico è di 5 secondi.

Il chiave per questo il design consiste nel formare un 64 parti confine funzione. Il i principi e i metodi di progettazione sono descritti di seguito

Il espressione di base della funzione settore è:

(1) VK = VOsin (θ - K × 11,25 °) sin (ωt + α)

Il la seguente espressione semplificata è sin (θ - K × 11,25 °) , 其中 K∈ {0,31}

secondo la funzione trigonometrica relazione:

(2) sinA + sinB = 2sin (A + B) / 2 • cos (A-B) / 2

quindi il metodo di generazione della funzione è il seguente:

Il il segnale di ingresso della funzione settore è:

VS = Vosinθsin (ωt + α) (3)

VC = Vocosθsin (ωt + α) (4)

(L'espressione semplificata è sinθ 、 cosθ)

sinθ è generato dall'inverter:

-Sinθ , that è sin (θ - 180 °) = sin (θ - 11,25 ° × 16)

-Cosθ , that è sin (θ - 90 °) = sin (θ - 11,25 ° × 8)

Il il sommatore è usato per formare una funzione di settore e il circuito di settore è mostrato in fig 4.


figura 4 circuito di settore

Se A = sinθ, B = sin (θ - 180 °), il circuito di ingresso fa R2 / R1 = 1 / cos 45 ° -1 , R3 = R4

allora il sin (θ - 11,25 ° × 4) può essere ottenuto presso il terminale c .

Se A = sin (θ - 45 °) , B = sin (θ - 90 °), il circuito di ingresso fa R2 / R1 = 1 / cos 22,5 ° -1 , R3 = R4

allora il sin (θ - 11,25 ° × 6) può essere ottenuto presso il terminale c .

per analogia, uno schema a blocchi del 32-layer funzione boundary-partitioning Il circuito della funzione di settore è formato dalla cascata reciproca all'interno della funzione di settore circuito.


figura 5 schema a blocchi della funzione blocco

Questo parte del circuito è costituita da una rete di resistori di precisione, un array di interruttori analogici e diversi amplificatori.

Il il circuito logico di controllo del settore viene eseguito con un codice angolare corrispondente (binario numero) di cinque cifre come logica stroboscopica della matrice di interruttori analogici richiesta dalla funzione di settore circuito. Il Il circuito logico di controllo del settore è composto da due quattro scelte interruttori analogici, cinque due selezioni interruttori analogici e un'unità di controllo del codice logico, ed è progettato come un chip dedicato per array di interruttori analogici, come mostrato in fig 6


figura 6 matrice di interruttori analogici

3.3 Resolver convertitori digitali progettazione del circuito di formazione degli errori

dopo che la tensione della funzione limite è stata generata, viene moltiplicata per il codice originale e il complemento dell'angolo digitale nel settore, e quindi sommata per formare una tensione di errore Δ. Il può essere progettato come un chip dedicato per R-2R Il complemento originale a 10 bit si moltiplica DAC. un'altra conversione del circuito può essere realizzata con un DAC per uso generico.

noto in precedenza: △ V = [A2 sin (θ-A1-φ0) + A2 补 sin (θ-A1)]

sia sin (θ-A1-φ0) = X ; sin (θ-A1) = Y

allora △ V = A2X + A2 补 Y

= A2X + (1-A2) Y

= (X-Y) A2 + Y

Pertanto, il circuito di progettazione può essere ottenuto come mostrato in figura 7:


figura 7 circuito di formazione della tensione di errore

Il resistori utilizzati nell'intero settore generatore di funzioni e formazione di errori sono progettati utilizzando un processo di rete di resistori a film sottile per garantire la conversione del prodotto accuratezza.

3.4 Resolver a convertitori digitali progettazione di circuiti oscillatori controllati in tensione bipolare

A soddisfare i requisiti tecnici di ± 10V velocità angolare VEL uscita di tensione a ± 2,5 rpm, un oscillatore bipolare controllato in tensione deve essere progettato per soddisfare le specifiche.

Il il progetto dell'oscillatore controllato in tensione si basa sul principio del metodo della via piatta di carica, ovvero la carica è uguale alla carica di scarica nel tempo di scarica T1 in un ciclo di oscillazione tempo. Il la carica di scarica è generata dalla sorgente di corrente costante interna Ii e dal tempo di scarica T1 è generato dal monostabile circuito di temporizzazione, e la corrente di carica è generata dal rapporto tra la tensione di ingresso v e la resistenza di ingresso Ri. Let's guarda la figura 8:


figura 8 schema dell'integratore

Perché:

quindi la frequenza di oscillazione dell'integratore F =

si può vedere che quando T1 e I1 sono valori costanti, f è proporzionale a Vi.

Il Il circuito dell'oscillatore controllato dalla tensione bipolare è composto da un comparatore della finestra della tensione di soglia, un doppio uno-stabile circuito e un'isteresi comparatore circuito. Il tensione comparatore genera un fronte di discesa che fa scattare one-shot circuito per generare un impulso occupato e un impulso latch dio; il one-shot il circuito può ricevere un segnale di inibizione ausiliaria esterna INHIBIT, impedendo la generazione dell'impulso latch; l'isteresi comparatore genera un livello logico DIR e il controllo 16 Il direzione di conteggio del bit reversibile counter. Questo è progettato come un chip dedicato per oscillatori controllati in tensione.

per garantire un'elevata linearità del V / F conversione, la resistenza e la capacità dell'integratore richiedono una piccola deriva della temperatura.

3.5 Resolver a convertitori digitali progettazione di circuiti adattivi di fase a banda larga

Il Il circuito adattivo di fase è un circuito chiave per garantire la precisione di tracciamento dinamico del prodotto quando c'è una condizione di sfasamento tra il segnale e il riferimento. riferendosi a dati estranei, lo schema di progettazione del circuito è: il segnale di riferimento genera un segnale di commutazione con la stessa fase e il segnale di ingresso stesso genera un impulso di controllo, controlla lo sfasamento del segnale di commutazione e infine genera un rilevamento di fase segnale che è in fase con il segnale di ingresso

Dal momento che i segnali seno o coseno generati dal front-end La trasformazione di Scott ha una piccola ampiezza e non può soddisfare la tensione di soglia di ingresso richiesta per il comparatore inversione di uscita, il circuito sommatore dei segnali seno e coseno dovrebbe essere progettato per garantire l'uscita ampiezza. valore.

noto in precedenza: VS = Vsinθsinωt

VC = Vcosθsinωt

Disponibile: VS + VC = V (sinθ + cosθ) sinωt

= Vsin (θ + 45 °) sinωt

Pertanto, un'ampiezza del segnale maggiore a sinωt ≠ 0 è ottenuto.

A design questo circuito, i segnali dei segnali seno e coseno nel primo quadrante devono essere sommati dai due bit alti del codice digitale di uscita in base alla polarità dei segnali seno e coseno .

per migliorare la larghezza di banda di lavoro del circuito adattativo di fase, è necessario progettare un segnale di riferimento 90 ° circuito di sfasamento con una gamma di frequenza di 50 ~ 2600 Hz. Il l'uscita viene inviata all'estremità di ingresso del flip-flop d e zero-pulse il controllo è generato dal segnale stesso per generare il segnale di commutazione di fase corretto. ecco la figura 9:


figura 9 schema a blocchi del circuito adattivo di fase a banda larga

3.6 Resolver convertitori digitali guasto autodiagnosi progettazione di circuiti

Questo viene utilizzato per rilevare guasti di linea interni ed esterni nel prodotto convertitore e per emettere un segnale bit (attivo basso). Se il esterno assistito la linea del segnale della macchina sincrona o la linea del segnale di eccitazione è interrotta o un componente nel circuito interno si guasta, il convertitore non può traccia il cambiamento dell'angolo analogico di ingresso normalmente.

Il è progettato per accettare l'errore CA amplificato e dopo onda intera rettifica e filtraggio, viene inviato all'estremità di ingresso di Schmitt inverter 54LS14, e l'uscita è il guasto richiesto autodiagnosi prompt.

Pertanto, un'ampiezza del segnale maggiore a sint0 è ottenuto.

Il il progetto del circuito è:

Quando il convertitore è normalmente tracciato entro l'intervallo di precisione, il suo 1LSB errore ac è:

△ V =

Quando il valore effettivo di vs è 2V; il guadagno dell'errore è K = 136; la modalità è RA = 10.2; quando n = 16

ΔV = 136 × 2 × 10,2 × = 260 mV

dopo onda intera rettifica e filtraggio, l'errore dc di 1SB è: = 234 mv

Quando il converter l'errore di inseguimento anomalo raggiunge i 60 LSB, l'errore cc è 1.4V, che raggiunge la tensione di soglia positiva del Schmitt inverter 54LS14, e provocando l'inversione del suo livello di uscita. Quando l'errore dc è minore di 0.9V, alla tensione di soglia, l'uscita ritorna ad un livello alto, quindi quel bit è alto quando la potenza è normalmente tracciata e il bit è basso quando il monitoraggio non è normale.

3.7 Resolver ai convertitori digitali affidabilità di processo ricerca tecnologica

secondo i requisiti tecnici per componenti elettronici di Progetti speciali aerospaziali, al fine di ottenere il K1 grado di qualità, la tecnologia del prodotto di questo il progetto ha ottenuto i seguenti risultati di ricerca:

3.7.1 Resolver ai convertitori digitali ricerca sui processi di saldatura dei chip

in base ai requisiti del divieto dell'uso di chip di incollaggio adesivo conduttivo nel progetto speciale aerospaziale, il progetto ha svolto ricerche sul processo di saldatura a chip corrispondente, compreso il processo di saldatura a vuoto, il processo di saldatura eutettica e altre ricerche tecniche, invece di utilizzare il chip adesivo conduttivo processo.

3.7.2 ricerca su resolver convertitori digitali tecnologia di controllo dell'atmosfera interna dei prodotti

secondo i requisiti della norma sui componenti elettronici di ingegneria speciale aerospaziale, il controllo dell'atmosfera interna del prodotto a circuito integrato ibrido è più rigoroso di il livello H requisito. non solo il requisito del contenuto di vapore acqueo è ulteriormente migliorato, ma anche il contenuto di ossigeno, idrogeno, anidride carbonica, a base di carbonio residui organici e altri gas è specificato. Il Il progetto ha condotto ricerche correlate sul meccanismo di formazione e controllo del processo di atmosfere nocive e ha risolto efficacemente il problema del controllo dell'atmosfera interna.

3.7.3 studio su resolver convertitori digitali oro-alluminio processo di incollaggio

secondo i requisiti standard dei componenti elettronici di ingegneria speciale aerospaziale, il progetto ha svolto ricerche su oro-alluminio tecnologia di incollaggio, ha superato i requisiti di valutazione di 300 ° C, 24h e lunga vita. dopo il test di fondo, l'attuale condizione di legame soddisfa questo requisito.

4. Conclusione

Il HSDC14596 serie di alta precisione e hi-rel ibrido risolutore convertitori digitali sviluppati da this progetto sono progettati e prodotti da chip tecnologia indipendente. Il i prodotti hanno raggiunto gli indici tecnici di prodotti simili di ddc company degli stati uniti e hanno raggiunto la localizzazione, e PIN-T0-PIN è compatibile; ha le funzioni di inibizione uscita statica, abilitazione abilitazione uscita, RIFCLK uscita del segnale zero, uscita del segnale di rilevamento dei guasti dei bit e funzione dell'angolo di sfasamento adattivo tra il segnale e il riferimento di 60 °; la qualità del prodotto raggiunge le specifiche generali dei circuiti integrati ibridi con GB2438-2002 requisiti di valutazione e soddisfare i requisiti "aerospaziale componenti elettronici di ingegneria speciale requisiti."

Riferimenti:

(1) manuale di riferimento del convertitore di dati I [M]. data devices Corporation, 1999

(2) Synchro / Resolver manuale di conversione [M]. data devices corporation 2009,

(3) risoluzione variabile Resolver-to-Digtial convertitore AD2S83 dati manuale [M]. analog Devices, Inc, 2000

(4) Boyes g S, ed synchro e resolver conversione [Z] Norwood, MA: Anolog Dispositivi, 1980.

(5) principio del controllo automatico, Yu Chengbo, Zhang Lian, et al., Pechino: Tsinghua University Press, 2006

(6) Manuale tecnico dell'applicazione dell'amplificatore operazionale, 2009wtmg, ecc., Zhang Lefeng, Zhang Ding, ecc. Pechino: Persone Poste e telecomunicazioni Stampa, 2009.1

(7) "Teoria dei segnali e dei sistemi, metodi e applicazioni" Xu Shoushi

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