前语
您的电机是否以预期速度旋转?闭环电机操控体系会持续答复这个问题，因为只需有电机旋转的当地就会施行闭环体系，这是一个趋势。不管终端体系是轿车(选用电脑操控转向的辅佐平行泊车)，是人造卫星(调整卫星视点以确认特定信号)，仍是工厂机械(取放机器)，方位反应传感器都是全体电机操控体系中的固有元件。电机操控品种多种，本文将评论两种环绕方位传感器施行模拟信号链的操控计划：分解器和编码器。
分解器
在评论分解器信号链解决计划之前，首要考虑它的根本作业原理，如图 1 所示。分解器(这儿是一个发送器单元)由三个不同的线圈绕组构成，即参阅、正弦(SIN) 和余弦 (COS) 绕组。参阅绕组是一次绕组，其可经过称之为旋转变压器的变压器，由应用于该变压器一次侧的 AC 电压励磁。旋转变压器随后将电压发送至变压器的二次侧，因而无需电刷或套环。这样可提高分解器的全体可靠性和安稳性。
参阅绕组装置在电机轴上。在电机旋转时，SIN 和COS 绕组的电压输出会随轴方位发生变化。SIN 和COS 绕组装置视点相关于该轴彼此相差 90 °。参阅绕组旋转时，参阅绕组与 SIN/COS 绕组之间的视点差会发生变化，可表示为θ旋转角或图 1 中的θ。在SIN 和 COS 绕组上感应到的电压等于参阅电压乘以SIN 绕组和 COS 绕组的θ角。
感应到的输出电压波形如图 2 所示。图中显现了 SIN 和 COS 绕组除以参阅电压的规范化电压输出信号。传统参阅电压一般介于 1 至 26V 之间，而输出频率规模则是 800Hz 至 5 kHz。
现在能够确认对恰当信号链器材的要求。信号链有必要为双极性，因为信号会摇摆至接地以下(图 2)。它有必要一同对两个通道进行采样，转化高达 5kHz 的信号，并针对分解器为参阅绕组供给 AC 电压。最佳的解决计划是为两个通道各施行一个Δ-Σ调制器。Δ-Σ调制器可在极高频率(在 10 至 20MHz 规模)下进行采样，因而经Δ-Σ调制后的输出要进行平衡和滤波后才可获得可接受的分辨率。
在供给参阅电压或 AC 励磁电源时，首选办法是将脉宽调制 (PWM) 信号直接应用于分解器。德州仪器(TI) 针对这种施行计划供给了一种引荐解决计划。数据转化器(例如 ADS1205 或 ADS1209)是Δ-Σ调制器的首选，因为这两个器材都能直接衔接分解器的SIN 与 COS 绕组。此外，数据转化器还可衔接四通道 sinc 滤波器/积分器，为参阅绕组完成 PWM 信号发生器输出，例如 AMC1210 。最终还需求一个数字信号处理器(DSP) 或实时操控器来处理除电机操控体系外的各种信号。这儿可选用TI 根据C28x 的C2000. Piccolo. F2806x 微操控器。图 3 是一个-典型的信号链解决计划。
总归，分解器是一款十分安稳的操控体系方位传感器，不只支撑高精度，并且还可供给很长的运用寿命。分解器的缺陷是其最大旋转速度。因为分解器信号频率一般小于 5kHz，因而电机速度需求小于5,000 转每分钟。
编码器
与分解器的状况相似，在评论信号链施行计划之前，首要要了解编码器的物理及信号输出特性。编码器一般有两种：线性与旋转。线性编码器用于只按一个维度或方向运动的计划，可将线性方位转化为电子信号，一般与致动器合作运用。旋转编码器用于环绕轴心运动的计划，可将旋转方位或视点转化为电子信号。因为旋转编码器与电机一同运用(电机环绕轴心-旋转)，因而本文不触及线性编码器。
要了解旋转编码器的原理，首要要考虑根本的光学旋转编码器。光学编码器具有支撑特定形式的磁盘，装置在电机轴上。磁盘上的形式既可阻挠光，也可答应光经过。因而，还需求运用一个发光发送器和一个光电接收器。接收器的信号输出能够与电机的旋转方位相关联。
常见的旋转编码器有三种：肯定方位值、增量 TTL 信号以及增量正弦信号。关于肯定方位值旋转编码器而言，磁盘上的形式可根据其方位分红十分详细的形式。例如，假如肯定方位编码器具有 3 位输出，那么它就将具有均匀散布的八个不同形式(图 4)。这是在磁盘上并且是均匀散布的，因而每个形式的距离是360°/8 = 45°。现在，关于3 位肯定方位值旋转编码器而言，能够判别 45°规模内的旋转电机方位。
肯定方位值旋转编码器的输出已针对数字接口进行了优化，因而不需求模拟信号链。
关于增量 TTL 旋转编码器而言，磁盘上的形式输出数字高或数字低，即 TTL 信号。如图 5 所示，TTL 输出磁盘的形式与肯定方位值旋转编码器比较比较简略，因为它只需体现数字高或数字低。除了 TTL 信号外，还有一个关于确认电机当时旋转方位很重要的参阅符号。可将参阅符号视作 0°视点。因而，对数字脉冲进行简略计数即可确认电机的切当旋转方位。
图 5 显现了电机轴一次旋转中的多个周期。编码器制造商可供给每转 50 至 5,000 个周期的增量 TTL 旋转编码器(和增量正弦旋转编码器)。与肯定方位值旋转编码器相同，输出已经是数字格局，因而不需求模拟信号链。
关于增量正弦旋转编码器而言，输出和磁盘形式与TTL 信号编码器十分相似。望文生义，其输出不是数字输出，而是正弦波输出。实际上，它具有正弦及余弦输出以及参阅符号信号，如图 6 所示。这些输出都是模拟信号，因而需求模拟信号链解决计划。
与增量 TTL 输出相似，在一次旋转中有多个信号周期。例如，挑选单次旋转有 4,096 个周期的编码器衔接以6,000 转每分钟的速度旋转的电机，所得的正弦和余弦信号频率核算如下。
本实例中的=信号链解决计划需=要具有至少 410kHz 的带宽。因为这是闭环操控体系，因而有必要将时延操控在最小规模内或许彻底消除。一般，编码器输出为1Vp-p，并且正弦和余弦输出是差分信号。
对模拟信号链解决计划的典型要求是：
. 两个一同采样的模数转化器(ADCs)：一个用于正弦波输出，一个用于余弦波输出。
. 无体系时延：需求 400kHz 以上的带宽，因而
· ADC 有必要最少能处理每通道 800 kSPS 的速率。
· 支撑 1V 左右满量程的 1-Vp-p 差分输入可优化ADC 的满量程规模或 ADC 满量程规模的输入信号扩大。
· 一个参阅符号信号比较器。
TI 的最佳解决计划是 ADS7854 系列逐次迫临寄存器(SAR) ADCs(图 7)。这种 SAR-ADC 具有两个同步采样通道、一个内部参阅和 1-MSPS 的每通道输出数据速率，可满意特定需求。它与比较器及全差分扩大器联用，可驱动 ADC。
ADS7854 是一个= 14 位 ADC，假如正弦增量旋转编码器在单次旋转中具有 4,096 个周期，那么丈量步进的总数可经过以下方法核算。
这样可在施行该计划时为规划人员供给 26 位的分辨率，或缺乏 5.36 × 10–6 度的旋转方位差错精度。
定论
电机操控反应途径中的旋转/方位传感器有两种常用施行计划：分解器和编码器。咱们从模拟信号链视点针对分解器或编码器对几个操控体系的反应途径和输出信号特性进行了评价，以保证信号完整性和最佳功能。
