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Design des Modells HSDC 14596 Serie hochpräzise & Hi-Rel Hybrid integriert Resolver zu digital con

Design des Modells HSDC 14596 Serie hochpräzise & Hi-Rel Hybrid integriert Resolver zum Digitalwandler

Zusammenfassung: This Das Papier beschreibt den Entwicklungshintergrund und das allgemeine technische Schema des Modells HSDC 14596 Serie Resolver zu Digitalwandler entwickelt von ECRIM. Die Design von Schlüsselschaltungen und Chip-Inlandsproduktionslösung für Front-End Signalprozessor, 64-Sektor Funktionsgenerator, bipolar VCO und Phase selbstadaptiv Schaltung werden hauptsächlich analysiert. Es beschreibt umfassend die Zuverlässigkeitsentwurfstechnologie, um „Technische Anforderungen an elektronische Komponenten, die in weltraumspezialisierten Projekten verwendet werden “, und auch mit Prozessforschungsergebnisse wie Spanlöten, Kontrolle der inneren Atmosphäre und Au-Al Verklebung

Schlüsselwörter: 16 Bit Auflösung, Sektorfunktionsgenerator, bipolarer VCO, Phase Selbstanpassung


1.Resolver Übersicht über Digitalwandler

Die HSDC14596 Serie von hochpräzisen, hi-rel Resolver Digitalkonverter sind eine Klasse von hochpräzisen, hochrelativen, kleinvolumigen stromsparenden Hybrid integrierte Elektronik. Die Die Funktion des Geräts im Trägheitsnavigationssystem der Plattform besteht darin, das von der Synchronmaschine oder dem Resolver ausgegebene analoge Winkelsignal umzuwandeln in a 16-Bit Parallele binäre digitale Fischausgabe, damit der Computer die physikalischen Parameter wie Winkel und Verschiebung messen und das System realisieren und das Ziel erreichen kann Die Das Blockschaltbild des Geräteanwendungssystems ist in der Abbildung dargestellt

1:


Abbildung 1 Resolver Blockschaltbild der Anwendung zum Digitalwandler

Resolver Der Digital-Wandler ist die Schlüsselkomponente von Analog-Digital Umbau im Plattformträgheits-Servosystem Die technischen Indikatoren wirken sich direkt auf die Systemleistung aus, insbesondere auf das Produkt mit 16-Bit Auflösung, 1,3-Punkt Konvertierungsgenauigkeit und RIPCLK Nullsignal Ausgabe, BT Fehlererkennungssignalausgang und maximal 60 ° phasenadaptive Funktion. Die Inländische Militäreinheiten haben sich immer auf importierte DC-Produkte verlassen, und der Zyklus und der Preis sind begrenzt

This Projekt hat die HSDC14596 bestanden Reihe von hochpräzisen und hi-rel Hybrid integrierte Wellenwinkelwandler-Technologie und hat die Schlüsseltechnologien wie Funktionsgenerator spannungsgesteuert durchbrochen und beherrscht Oszillator und Phase Selbstanpassung. Gleichzeitig übernimmt die Schaltung ein unabhängiges Core-Chip-Design, um das Ziel der Lokalisierung von Produkten zu verwirklichen. außerdem mit die Anwendung von ECRIM Spänenlöten, interne Atmosphärenkontrolle, Gold-Aluminium Bonding und andere technologische Forschungsergebnisse im Herstellungsprozess von this Produkt, die Qualitätsstufe von this Art des Produkts hat K1 erreicht Ebene, welche kann die "Luft- und Raumfahrt Special Engineering Electronic Komponenten erfüllen." Fähigkeiten Anforderung ".

2. Resolver zu Digitalkonvertern Gesamtplan

This Das Projekt übernimmt das Konstruktionsprinzip der Wellenwinkelwandlerschaltung vom Typ Leistungsverfolgung als Gesamtkonstruktion der Konstruktion des elektrischen Floßes und kann digitale automatische Verfolgungsfähigkeiten mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision für die Eingangssimulation realisieren Theoretisch hat der Konverter eine gute statische und dynamische Spurleistung, eine gute Anti-Jamming und Umweltanpassungsfähigkeit Die Schaltplan ist in Abbildung 2 dargestellt:


Abbildung 2 Blockdiagramm des HSD14596 Serienkonverter

3. Resolver zu digitalen Konvertern Schlüsseltechnologien

3.1 Resolver zu Digitalwandlern Frontend Design der Signalverarbeitungsschaltung

This Teil besteht aus einem elektronischen Scott-Wandler oder einem Isolationsverstärker, der Funktionen zum Isolieren des analogen Eingangswinkels und zum Konvertieren in zwei orthogonale Präzisionssignale vs und Vc und wandeln gleichzeitig das Anregungssignal in um a Phase-Phase Verarbeitungssteuerung Signal. Die Front-End Die Signalverarbeitungsschaltung muss einen großen Gleichtakt haben Unterdrückungsverhältnis zur Aufnahme des Eingangs von Wechselstromsignalen wie 11,8 V, 26 V und 115 V gleichzeitig, um die hohe Präzision des Wandlers zu gewährleisten, die Abdeckung von vs und Vc Signale müssen streng aufeinander abgestimmt sein Die Der durch die Nichtübereinstimmung verursachte Fehler muss kleiner als sein 0,33. Die Konstruktionsprinzipien und -methoden werden wie folgt beschrieben:

Synchronmaschine Signal: V (S3-S1) = Vsinθsinωt

V (S1-S2) = Vsin (θ-120 °) sinωt

V (S2-S3) = Vsin (θ-240 °) sinωt

(V = KVm; Vm ist der Synchronmaschinenreferenzspannungseingang, k ist der Synchronmaschinenreferenzeingang und das Signalausgangsspannungsverhältnis )

Die Das Schaltungsdesign ist wie folgt:

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

= V (sinθcos240 ° - cosθsin240 °) sinωt

= V (-sinθcos60 ° + cosθsin60 °) sinωt

= V ( cosθ- sinθ) sinωt

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

= V ( cosθ- sinθ + sinθ) sinωt

= v cosθsinωt

Die Die Entwurfsschaltung ist wie folgt:


Abbildung 3 Elektronischer Scott-Schaltplan

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

Verfügbar: VS = Vsinθsinωt

VC = Vcosθsinωt

Für der Resolver Signal: V (S3-S1) = Vsinθsinωt

V (S2-S4) = Vcosθsinωt

Die Die Schaltung ist als Differenzverstärkerstruktur ausgelegt

Um die Umwandlungsgenauigkeit der Schaltung zu gewährleisten, wird der Widerstand R1 ~ R9 nimmt ECRIMs an Prozessdesign des Dünnschichtwiderstandsnetzwerks, und die proportionale Genauigkeit des Widerstandspaares muss ≤ 0,01 %. betragen Die Das tatsächliche Nutzungszertifikat entspricht vollständig den Anforderungen des Indikators

3.2 Resolver zu digitalen Wandlern 64-Sektor Funktionsgenerator-Schaltungsdesign

Die Die Schaltung des Sektorfunktionsgenerators ist der Schlüssel zur Gewährleistung einer hohen Präzision Umwandlung von Produkten. This Das Projekt hat einen 64-Sektor entworfen Funktionsgenerator, und die lineare Approximationsmethode wird direkt im Sektor verwendet. Die Methode hat eine hohe theoretische Präzision und der theoretische Fehler beträgt 5 Sekunden.

Die Schlüssel zu this Design soll ein 64-teiliges bilden Grenze Funktion. Die Konstruktionsprinzipien und -methoden werden nachstehend beschrieben

Die Grundausdruck der Sektorfunktion ist:

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

Die Der folgende vereinfachte Ausdruck ist sin (θ - K × 11,25 °)) ∈ K∈ {0,31}

gemäß der trigonometrischen Funktion Beziehung:

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

dann ist die Funktionserzeugungsmethode wie folgt:

Die Sektorfunktionseingangssignal ist:

VS = Vosinθsin (ωt + α) (3)

VC = Vocosθsin (ωt + α) (4)

(Vereinfachter Ausdruck ist sinθ 、 cosθ)

sinθ wird vom Wechselrichter erzeugt:

-Sinθ , dass ist sin (θ - 180 °) = sin (θ - 11,25 ° × 16)

-Cosθ , dass ist sin (θ - 90 °) = sin (θ - 11,25 ° × 8)

Die Der Addierer wird verwendet, um eine Sektorfunktion zu bilden, und die Sektorschaltung ist in Fig. 4 gezeigt


Abbildung 4 Sektorschaltung

Wenn A = sinθ, B = sin (θ - 180 °) macht die Eingangsschaltung R2 / R1 = 1 / cos 45 ° -1 , R3 = R4

dann kann sin (θ - 11,25 ° × 4) erhalten am c terminal.

Wenn A = sin (θ - 45 °)) B = sin (θ - 90 °) macht die Eingangsschaltung R2 / R1 = 1 / cos 22,5 ° ≤ 1 ≤ R3 = R4

dann kann sin (θ - 11,25 ° × 6) erhalten am c terminal.

analog ein Blockdiagramm der 32-Schicht Funktion Grenzpartitionierung Die Sektorfunktionsschaltung wird durch gegenseitige Kaskadierung innerhalb der Sektorfunktionsschaltung gebildet


Abbildung 5 Blockschaltbild der Blockfunktion

This Ein Teil der Schaltung besteht aus einem Präzisionswiderstandsnetzwerk, einem analogen Schaltfeld und mehreren Operationsverstärkern

Die Sektorsteuerlogikschaltung wird mit ausgeführt ein entsprechender Winkelcode (Binärzahl ) von fünf Ziffern als die von der Sektorfunktion Schaltung geforderte analoge Schalterarray-Strobe-Logik. Die Die Sektorsteuerungslogikschaltung besteht aus zwei vier Auswahlmöglichkeiten analoge Schalter, fünf Zwei-Auswahl Analoge Schalter und eine Logikcode-Steuereinheit und sind als dedizierter Chip für ein analoges Schalterarray ausgelegt, wie in Abb. 6 dargestellt


Abbildung 6 Analoges Switch-Array

3.3 Resolver Design von Fehlerbildungsschaltungen für Digitalwandler

Nachdem die Grenzfunktionsspannung erzeugt wurde, wird sie mit dem ursprünglichen Code und dem Komplement des digitalen Winkels in dem Sektor multipliziert und dann summiert, um eine Fehlerspannung Δ. zu bilden Die Die Schaltung kann als dedizierter Chip für den R-2R ausgelegt werden 10-Bit-Originalkomplement multipliziert DAC. eine andere Schaltungsumwandlung kann mit realisiert werden ein Allzweck-DAC

bekannt vorher: △ V = [A2 sin (θ-A1-φ0) + A2 补 sin (θ-A1))

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

dann △ V = A2X + A2 补 Y

= A2X + (1-A2) Y

= (X-Y) A2 + Y

Daher kann die Entwurfsschaltung erhalten werden, wie in Fig. 7 gezeigt:


Abbildung 7 Fehlerspannungsformungsschaltung

Die Widerstände, die im gesamten Sektorfunktionsgenerator und fehlerbildend verwendet werden Schaltungen werden unter Verwendung eines Dünnschichtwiderstands-Netzwerkprozesses entworfen, um die Produktumwandlungsgenauigkeit sicherzustellen

3.4 Resolver Bipolare spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung für Digitalwandler

Zu die technischen Anforderungen von ± 10V erfüllen Winkelgeschwindigkeit VEL Spannungsausgang bei ± 2,5 U / min muss ein bipolarer spannungsgesteuerter Oszillator so ausgelegt sein, dass er die Spezifikationen erfüllt.

Die Das Design des spannungsgesteuerten Oszillators basiert auf dem Prinzip der Ladungs-Flat-Street-Methode, dh die Ladung ist gleich der Entladungsladung in der Entladezeit T1 in einem Schwingungszyklus Zeit. Die Die Entladungsladung wird durch die interne Konstantstromquelle Ii und die Entladezeit T1 erzeugt wird vom monostabilen erzeugt Zeitschaltung, und der Ladestrom wird durch das Verhältnis der Eingangsspannung v zum Eingangswiderstand Ri. erzeugt Lass uns siehe Abbildung 8:


Abbildung 8 Integratorschema

Weil:

also die Integratorschwingungsfrequenz F =

es ist zu sehen, dass wenn T1 und I1 sind konstante Werte, f ist proportional zu Vi.

Die Die bipolare spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung besteht aus einem Schwellenspannungsfensterkomparator, einem doppelten Eins-stabilen Schaltung und eine Hysterese Komparator Schaltung Die Spannung Komparator erzeugt eine fallende Flanke, die one-shot auslöst Schaltung zum Erzeugen eines Besetztimpulses und eines Zwischenspeicherimpulses god; der One-Shot Die Schaltung kann ein externes Hilfssperrsignal INHIBIT empfangen, wodurch die Erzeugung des Latch-Impulses verhindert wird die Hysterese Komparator erzeugt einen Logikpegel DIR und die Steuerung 16 The Zählrichtung des umkehrbaren Bits Zähler. This Die Schaltung ist als dedizierter Chip für spannungsgesteuerte Oszillatoren konzipiert.

um eine hohe Linearität des V / F zu gewährleisten Umrechnung erfordern der Widerstand und die Kapazität des Integrators eine geringe Temperaturdrift

3.5 Resolver zu digitalen Wandlern Breitbandphasenadaptives Schaltungsdesign

Die Die phasenadaptive Schaltung ist eine Schlüsselschaltung, um die dynamische Nachführgenauigkeit des Produkts zu gewährleisten Zwischen dem Signal und der Referenz besteht eine Phasenverschiebungsbedingung Unter Bezugnahme auf fremde Daten lautet das Entwurfsschema der Schaltung : das Referenzsignal erzeugt ein Schaltsignal mit die gleiche Phase und das Eingangssignal selbst erzeugt einen Steuerimpuls, steuert die Phasenverschiebung des Schaltsignals und erzeugt schließlich eine Phasenerfassung Signal, das in Phase mit ist das Eingangssignal

Seit die vom Frontend erzeugten Sinus- oder Cosinussignale Die Scott-Transformation hat eine kleine Amplitude und kann nicht die für den Komparator erforderliche Eingangsschwellenspannung erfüllen Ausgangsumkehr, die Summierschaltung der Sinus- und Cosinussignale sollte so ausgelegt sein, dass die Ausgangsamplitude gewährleistet ist Wert.

bekannt vorher: VS = Vsinθsinωt

VC = Vcosθsinωt

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

= Vsin (θ + 45 °) sinωt

Daher ist eine größere Signalamplitude bei sinωt ≠ 0 erhalten wird

Zu design this Schaltung müssen die Signale der Sinus- und Cosinussignale im ersten Quadranten durch die hohen zwei Bits des digitalen Ausgangscodes basierend auf der Polarität der Sinus- und Cosinussignale summiert werden

Um die Arbeitsbandbreite der phasenadaptiven Schaltung zu verbessern, ist es notwendig, ein Referenzsignal 90 ° zu entwerfen Phasenschaltkreis mit ein Frequenzbereich von 50 ~ 2600Hz. Die Der Ausgang wird an das Eingangsende des d-Flip-Flops und den Null-Impuls gesendet Die Steuerung wird durch das Signal selbst erzeugt um das richtige Phasenschaltsignal zu erzeugen hier ist Abbildung 9:


Abbildung 9 Blockschaltbild der adaptiven Breitbandphasenschaltung

3.6 Resolver zu Digitalwandlern Fehler Eigendiagnose Schaltungsdesign

This Die Schaltung wird verwendet, um interne und externe Leitungsfehler im Wandlerprodukt zu erkennen und ein Bitsignal (aktiv niedrig) auszugeben. Wenn die extern unterstützte Die Signalleitung der Synchronmaschine oder die Erregungssignalleitung ist unterbrochen oder eine Komponente im internen Stromkreis fällt aus, der Wandler kann nicht Verfolgen Sie die Änderung des analogen Eingangswinkels normalerweise.

Die Die Schaltung ist so ausgelegt, dass sie den verstärkten Wechselstromfehler und nach Vollwelle aufnimmt Gleichrichtung und Filterung wird an das Eingangsende des Schmitt gesendet Wechselrichter 54LS14, und der Ausgang ist der erforderliche Fehler Selbstdiagnose Eingabeaufforderung

Daher eine größere Signalamplitude bei sint0 erhalten wird

Die Design der Schaltung ist:

Wann Der Konverter wird normalerweise innerhalb des Genauigkeitsbereichs 1LSB verfolgt Wechselstromfehler ist:

△ V =

Wann der effektive Wert von vs ist 2V; die Fehlerverstärkung ist K = 136; der Modus ist RA = 10.2; wenn n = 16

ΔV = 136 × 2 × 10,2 × = 260 mV

nach Vollwelle Gleichrichtung und Filterung, der Gleichstromfehler von 1SB ist: = 234 mv

Wann der Konverter Ein abnormaler Spurfehler erreicht 60 LSBs, der Gleichstromfehler beträgt 1,4 V und erreicht die positive Schwellenspannung des Schmitt Wechselrichter 54LS14 und bewirkt, dass sein Ausgangspegel invertiert wird Wann Der Gleichstromfehler ist kleiner als 0,9 V, bei der Schwellenspannung kehrt der Ausgang auf einen hohen Pegel zurück, so dass das Bit hoch ist wenn Die Leistung wird normalerweise verfolgt und das Bit ist niedrig wenn Das Tracking ist nicht normal

3.7 Resolver zu digitalen Wandlern Prozesszuverlässigkeitstechnologie Forschung

gemäß den technischen Anforderungen für elektronische Komponenten von Luft- und Raumfahrt-Spezialprojekten, um die K1 zu erreichen Qualitätsstufe, die Produkttechnologie von this Das Projekt hat folgende Forschungsergebnisse erzielt :.

3.7.1 Resolver zu Digitalwandlern Spanschweißprozessforschung

Gemäß den Anforderungen des Verbots der Verwendung leitfähiger Klebechips im Luft- und Raumfahrt-Spezialprojekt wurden im Rahmen des Projekts Untersuchungen zum entsprechenden Spanlötverfahren einschließlich Vakuumschweißverfahren, eutektischen Lötverfahren und anderen technischen Untersuchungen durchgeführt, anstatt das leitfähiger Klebechip Prozess.

3.7.2 Forschung über Resolver zu digitalen Wandlern interne Atmosphärensteuerungstechnologie von Produkten

Gemäß den Anforderungen des Standards für spezielle elektronische Elektronikkomponenten für die Luft- und Raumfahrt ist die interne Atmosphärenkontrolle des Hybridprodukts mit integrierten Schaltkreisen strenger als das H-Niveau Anforderung Nicht nur der Wasserdampfgehalt wird weiter verbessert, sondern auch der Gehalt an Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlendioxid auf Kohlenstoffbasis organische Rückstände und andere Gase sind angegeben Die Das Projekt führte verwandte Forschungen zum Entstehungsmechanismus und zur Prozesskontrolle schädlicher Atmosphären durch und löste das Problem der internen Atmosphärenkontrolle wirksam

3.7.3 Studie über Resolver zu Digitalwandlern Gold-Aluminium Bindungsprozess

Gemäß den Standardanforderungen für elektronische Komponenten der Luft- und Raumfahrttechnik wurden im Rahmen des Projekts Untersuchungen zu Gold-Aluminium durchgeführt Bonding-Technologie, bestanden die Bewertungsanforderungen von 300 ° C, 24h und langes Leben. Nach dem Bodentest erfüllt die aktuelle Bindungsbedingung this Anforderung

4. Fazit

Die HSDC14596 Reihe von hochpräzisen und hi-rel Hybrid Resolver zu von this entwickelten Digitalwandlern Das Projekt wird von einer unabhängigen Chip-Technologie entworfen und hergestellt Die Produkte haben die technischen Indizes ähnlicher Produkte der DC-Gesellschaft der Vereinigten Staaten erreicht und Lokalisierung erreicht, und PIN-T0-PIN ist kompatibel; Es hat die Funktionen "Ausgang statisch sperren", "Ausgang aktivieren aktivieren", RIFCLK Nullsignalausgang, Bitfehlererkennungssignalausgang und die Funktion des adaptiven Phasenverschiebungswinkels zwischen Signal und Referenz von maximal 60 °; Die Produktqualität erreicht die allgemeine Spezifikation der integrierten Hybridschaltungen mit GB2438-2002 Bewertungsanforderungen und erfüllen die "Luft- und Raumfahrt spezielle technische Anforderungen an elektronische Komponenten "

Referenzen:

(1) Referenzhandbuch für Datenkonverter I [M]. Datengeräte Corporation, 1999

(2) Synchro / Resolver Konvertierungshandbuch [M]. Data Devices Corporation 2009,

(3) variable Auflösung Resolver-to-Digtial Konverter AD2S83 Daten Handbuch [M]. Analog Devices, Inc, 2000

(4) Boyes g S, ed synchro und resolver Umwandlung [Z] Norwood, MA: Anolog Geräte, 1980.

(5) Prinzip der automatischen Steuerung, Yu Chengbo, Zhang Lian, et al., Peking: Tsinghua Universitätspresse, 2006

(6) Technisches Handbuch für Operationsverstärkeranwendungen, 2009wtmg usw., Zhang Lefeng, Zhang Ding usw. Peking: Menschen Post- und Telekommunikationspresse, 2009.1

(7) "Signal und Systemtheorie, Methoden und Anwendungen" Xu Shoushi

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