專利名稱：單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換方法
專利說明單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換方法 方法領(lǐng)域 本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法。
背景方法 在自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換集成電路領(lǐng)域，通常使用基于CMOS工藝的低壓集成電路，即單電源CMOS集成電路自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字集成電路轉(zhuǎn)換技術(shù)，如申請?zhí)枮?00810013440.3中國專利申請。其電壓只有±5V，輸入信號的幅度較小，固態(tài)控制變壓器使用開關(guān)電容，不可修調(diào)，轉(zhuǎn)換精度一般為4LSB～7LSB，電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，穩(wěn)定性較差，輸出數(shù)據(jù)功能單一。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高精度、高電壓、多功能的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字集成電路轉(zhuǎn)換方法。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明是一種單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特點是它對自整角機信號/旋轉(zhuǎn)變壓器信號進行數(shù)字化處理，把自整角機信號/旋轉(zhuǎn)變壓器信號轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字角；它的電路是由可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路、交流誤差放大電路、高通濾波電路、相敏解調(diào)電路、二階積分電路、壓控振蕩電路、計數(shù)電路和電平轉(zhuǎn)換電路組成；并采用高壓BiMOS工藝將上述電路集成在單個芯片上；整個電路的供電電源為-12V～+12V； 可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路由R-2RDAC和6組分段比例電路(分別為180°、90°、45°、22.5°、11.25°、5.625°的分段比例電路)組成，每組分段比例電路均由運算放大器和分壓薄膜電阻組成；通過電平轉(zhuǎn)換電路的置數(shù)電路對可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路的分段比例電路進行設(shè)置，控制分段比例電路的開關(guān)，使自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬角θ只經(jīng)過選定的分段比例電路輸出，再由R-2RDAC轉(zhuǎn)換后輸出誤差信號Ksin(θ-φ)；可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路采用薄膜電阻激光修調(diào)方法，對可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中的分壓薄膜電阻進行修調(diào)，使分壓薄膜電阻相對精度達萬分之一，使輸出誤差信號Ksin(θ-φ)為θ，使轉(zhuǎn)換精度達1LSB～2LSB，即0.0055°～0.011°； 所述的電平轉(zhuǎn)換電路由電壓參考產(chǎn)生電路、降壓鎖存器、升壓變壓器和置數(shù)電路組成；降壓鎖存器由高低電平選擇器、電壓選擇開關(guān)和鎖存器組成，升壓變壓器由高低電平選擇器和電壓選擇開關(guān)組成；計數(shù)電路輸出的高電平為+12V、低電平為-12V的數(shù)字角通過降壓鎖存器的高低電平選擇器輸出電壓選擇信號，再通過電壓選擇開關(guān)、鎖壓器轉(zhuǎn)換為高電平為+5V、低電平為0V的數(shù)字角輸出；計數(shù)電路在置數(shù)狀態(tài)時，外部高電平為+5V、低電平為0V的數(shù)字角通過升壓變壓器的高低電平選擇器輸出電壓選擇信號，再通過電壓選擇開關(guān)轉(zhuǎn)換為高電平為+12V、低電平為-12V的數(shù)字角輸入計路電路；電壓參考產(chǎn)生電路為降壓鎖存器和升壓變壓器提供5V、5.4V和10.8V的基準(zhǔn)電壓；置數(shù)電路對可修調(diào)固態(tài)變壓器電路進行置數(shù)； 模擬角θ在可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中經(jīng)交流誤差放大電路后輸出誤差信號Ksin(θ-φ)，在依次經(jīng)過高通濾波器濾波、相敏解調(diào)電路、二階積分電路、壓控振蕩電路和計數(shù)電路產(chǎn)生數(shù)字角φ，最后數(shù)字角φ在可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中與模擬角θ比較組成的一個閉環(huán)回路，尋找sin(θ-φ)的零點；當(dāng)這一過程完成時，數(shù)字角φ等于模擬角θ；最后經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字角φ；其中K是變比。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方案來進一步實現(xiàn)。以上所述的單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特點是所述的高通濾波電路采用二階RC無源高通濾波電路。由二階RC無源高通濾波電路對由可修調(diào)固態(tài)變壓器輸出的誤差信號進行濾波，濾除電路產(chǎn)生的直流和低頻噪聲信號，進一步提高轉(zhuǎn)換精度。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方案來進一步實現(xiàn)。以上所述的單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特點是所述的電平轉(zhuǎn)換電路還設(shè)有輸出字節(jié)選擇和補碼控制；輸出字節(jié)選擇對輸出數(shù)據(jù)進行字節(jié)選擇，補碼控制對輸入數(shù)據(jù)進行求補。
以下對本發(fā)明方法進行進一步的說明。
1.1可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中分壓薄膜電阻激光修調(diào)方法 可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路采用高6位分段電路和低10位細分電路，高6位分段電路將角度變化量0°-360°分解到0°-5.625°，低10位細分電路采用R-2R電阻的D/A轉(zhuǎn)換器，構(gòu)成一個模擬乘法器，實現(xiàn)0°-5.625°范圍內(nèi)的模擬角到數(shù)字角的轉(zhuǎn)換。
可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中采用可修調(diào)的分壓薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)方法替代開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)方法，在BiMOS工藝上實現(xiàn)高精度的模擬角到數(shù)字角的轉(zhuǎn)換，本發(fā)明方法的轉(zhuǎn)換精度可達在1～2LSB。
由基準(zhǔn)信號源輸入相同的數(shù)字角φ與模擬角θ進入本發(fā)明方法的轉(zhuǎn)換電路。模擬角θ通過可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路的粗分電路和細分電路進行分壓變換。數(shù)字角φ進入分段置數(shù)電路，分別控制粗分控制信號和細分控制信號。在可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中180°、90°、45°、22.5°、11.25°、5.625°的粗分控制信號控制180°、90°、45°、22.5°、11.25°、5.625°共6組分段比例電路，使其按置數(shù)電路數(shù)據(jù)開啟，將模擬角θ轉(zhuǎn)換為sin(θ-n*5.625)和sin(θ-(n-1)*5.625)的電平信號(其中n＝[θ/5.625]([]為取整符號))，輸入細分R-2RDAC電路。最后輸出的誤差電壓為數(shù)字角φ與模擬角θ的輸出誤差信號sin(θ-φ)。
在修調(diào)時依次修調(diào)6組分段比例電路(分別為5.625°、11.25°、22.5°、45°、90°、180°的分段比例電路)，先對5.625°分段比例電路進行修調(diào)，通過電平轉(zhuǎn)換電路的置數(shù)電路對可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路的分段比例電路進行設(shè)置，使信號sinθ，cosθ之間接入5.625°分段比例電路，修調(diào)過程測試誤差電壓值，當(dāng)在信號為2V 有效電壓時，誤差信號sin(θ-φ)值小于(1LSB的誤差電壓)時，完成一組分段比例電路修調(diào)。然后對下一組進行修調(diào)，并以此類推。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中各個電阻的比例為 R1∶R2＝1； R3∶R4＝1/COS45°-1＝0.41421； R5∶R6＝1/COS22.5°-1＝0.08239； R7∶R8＝1/COS11.25°-1＝0.01959； R9∶R10＝1/COS5.625°-1＝0.00483。
在軸角轉(zhuǎn)換中，45°的精度為最差點，因此我們以45°為例計算精度。如圖所3示，其中R1、R2、R3、R4，都為待修調(diào)的分壓薄膜電阻。其誤差為X％，信號的最終誤差為 對16位的精度，其誤差為7個碼(即0.11°)，即至少精確到13位，其值為0.043，對其計算電阻的精度為 (SIN(45°+0.011°)-SIN45°)/SIN45°＝0.075％ 即有所以，X＝0.047％ 對16位的精度，其誤差為1個碼，即至少精確到16位(即0.0055°)，其計算電阻的精度要達到0.006％。
因此，對16位的精度，匹配的分壓薄膜電阻為萬分之五，7LSB精度要求電阻的匹配精度為0.047％，基本滿足，修調(diào)后的分壓薄膜電阻為0.006％，精度可達的1LSB。
1.2二階RC無源高通濾波方法 使用二階RC無源高通濾波器對可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路輸出的誤差信號進行濾波，其導(dǎo)通頻率為可以消除影響內(nèi)部的直流誤差和低頻噪聲，從而提供轉(zhuǎn)換精度。
1.3高電壓自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路方法 本發(fā)明使用高壓的BiMOS工藝，BiMOS電路的結(jié)構(gòu)更加簡單可靠，使得本發(fā)明方法的電路的穩(wěn)定性和精度遠遠好于CMOS工藝電路。高壓電壓使得輸入信號電壓范圍輸出速度電壓范圍更大有更好的適用性。
1.4電平轉(zhuǎn)換電路 一般的信號的標(biāo)準(zhǔn)電壓其為0～5V，而本發(fā)明方法的電路的供電電源為-12V～+12V。如圖4所示，通過電平轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)內(nèi)部的-12V～+12V數(shù)據(jù)信號與外部的標(biāo)準(zhǔn)電壓0～5V實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法采用高壓BiMOS工藝實現(xiàn)自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法。高壓BiMOS的器件性能較CMOS器件的更好，在實現(xiàn)同樣性能的情況下，BiMOS電路的結(jié)構(gòu)更加簡單、可靠，使得轉(zhuǎn)換電路的溫度適用范圍、穩(wěn)定性和精度遠遠好于CMOS工藝電路。而且高電壓使得輸入信號電壓范圍、輸出速度電壓范圍更大。



圖1是本發(fā)明方法的電路框圖。
圖2是修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是45°分段比例電路圖。
圖4是電平轉(zhuǎn)換電路框圖。

具體實施例方式 以下進一步描述本發(fā)明的具體方法方案，以便于本領(lǐng)域的方法人員進一步地理解本發(fā)明，而不構(gòu)成對其權(quán)利的限制。
實施例1。參照圖1-4。一種單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，它對自整角機信號/旋轉(zhuǎn)變壓器信號進行數(shù)字化處理，把自整角機信號/旋轉(zhuǎn)變壓器信號轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字角；它的電路是由可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路、交流誤差放大電路、高通濾波電路、相敏解調(diào)電路、二階積分電路、壓控振蕩電路、計數(shù)電路和電平轉(zhuǎn)換電路組成；并采用高壓BiMOS工藝將上述電路集成在單個芯片上；整個電路的供電電源為-12V～+12V； 可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路由R-2RDAC和6組分段比例電路組成，每組分段比例電路均由運算放大器和分壓薄膜電阻組成；通過電平轉(zhuǎn)換電路的置數(shù)電路對可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路的分段比例電路進行設(shè)置，控制分段比例電路的開關(guān)，使自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬角θ只經(jīng)過選定的分段比例電路輸出，再由R-2RDAC轉(zhuǎn)換后輸出誤差信號Ksin(θ-φ)；可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路采用薄膜電阻激光修調(diào)方法，對可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中的分壓薄膜電阻進行修調(diào)，使分壓薄膜電阻相對精度達萬分之一，使輸出誤差信號Ksin(θ-φ)為0，使轉(zhuǎn)換精度達1LSB～2LSB，即0.0055°～0.011°； 所述的電平轉(zhuǎn)換電路由電壓參考產(chǎn)生電路、降壓鎖存器、升壓變壓器和置數(shù)電路組成；降壓鎖存器由高低電平選擇器、電壓選擇開關(guān)和鎖存器組成，升壓變壓器由高低電平選擇器和電壓選擇開關(guān)組成；計數(shù)電路輸出的高電平為+12V、低電平為-12V的數(shù)字角通過降壓鎖存器的高低電平選擇器輸出電壓選擇信號，再通過電壓選擇開關(guān)、鎖壓器轉(zhuǎn)換為高電平為+5V、低電平為0V的數(shù)字角輸出；計數(shù)電路在置數(shù)狀態(tài)時，外部高電平為+5V、低電平為0V的數(shù)字角通過升壓變壓器的高低電平選擇器輸出電壓選擇信號，再通過電壓選擇開關(guān)轉(zhuǎn)換為高電平為+12V、低電平為-12V的數(shù)字角輸入計路電路；電壓參考產(chǎn)生電路為降壓鎖存器和升壓變壓器提供5V、5.4V和10.8V的基準(zhǔn)電壓；置數(shù)電路對可修調(diào)固態(tài)變壓器電路進行置數(shù)； 模擬角θ在可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中經(jīng)交流誤差放大電路后輸出誤差信號Ksin(θ-φ)，在依次經(jīng)過高通濾波器濾波、相敏解調(diào)電路、二階積分電路、壓控振蕩電路和計數(shù)電路產(chǎn)生數(shù)字角φ，最后數(shù)字角φ在可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中與模擬角θ比較組成的一個閉環(huán)回路，尋找sin(θ-φ)的零點；當(dāng)這一過程完成時，數(shù)字角φ等于模擬角θ；最后經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字角φ；其中K是變比。
實施例2。實施例1所述的單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換方法中所述的高通濾波電路采用二階RC無源高通濾波電路。
實施例3。實施例1或2所述的單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換方法中所述的電平轉(zhuǎn)換電路還設(shè)有輸出字節(jié)選擇和補碼控制；輸出字節(jié)選擇對輸出數(shù)據(jù)進行字節(jié)選擇，補碼控制對輸入數(shù)據(jù)進行求補。數(shù)字角φ是由電平轉(zhuǎn)換電路輸出為0～5V的電平信號，并且可以控制其輸出字節(jié)和補碼形式。所以芯片可以對輸出的數(shù)據(jù)進行選擇，可以同時輸出的高8位和低8位數(shù)據(jù)，也可對高8位和低8位進行選擇分別輸出。顯示補碼，例如10位的原輸出數(shù)據(jù)為0100 0010 0011，變?yōu)檠a碼后為1011 1110 1100?？梢苑奖愕闹苯訉π盘栠M行加減處理。
權(quán)利要求
1.一種單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于它對自整角機信號/旋轉(zhuǎn)變壓器信號進行數(shù)字化處理，把自整角機信號/旋轉(zhuǎn)變壓器信號轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字角；它的電路是由可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路、交流誤差放大電路、高通濾波電路、相敏解調(diào)電路、二階積分電路、壓控振蕩電路、計數(shù)電路和電平轉(zhuǎn)換電路組成；并采用高壓BiMOS工藝將上述電路集成在單個芯片上；整個電路的供電電源為-12V～+12V；
可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路由R-2RDAC和6組分段比例電路組成，每組分段比例電路均由運算放大器和分壓薄膜電阻組成；通過電平轉(zhuǎn)換電路的置數(shù)電路對可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路的分段比例電路進行設(shè)置，控制分段比例電路的開關(guān)，使自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬角θ只經(jīng)過選定的分段比例電路輸出，再由R-2RDAC轉(zhuǎn)換后輸出誤差信號Ksin(θ-φ)；可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路采用薄膜電阻激光修調(diào)方法，對可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中的分壓薄膜電阻進行修調(diào)，使分壓薄膜電阻相對精度達萬分之一，使輸出誤差信號Ksin(θ-φ)為0，使轉(zhuǎn)換精度達1LSB～2LSB，即0.0055°～0.011°；
所述的電平轉(zhuǎn)換電路由電壓參考產(chǎn)生電路、降壓鎖存器、升壓變壓器和置數(shù)電路組成；降壓鎖存器由高低電平選擇器、電壓選擇開關(guān)和鎖存器組成，升壓變壓器由高低電平選擇器和電壓選擇開關(guān)組成；計數(shù)電路輸出的高電平為+12V、低電平為-12V的數(shù)字角通過降壓鎖存器的高低電平選擇器輸出電壓選擇信號，再通過電壓選擇開關(guān)、鎖壓器轉(zhuǎn)換為高電平為+5V、低電平為0V的數(shù)字角輸出；計數(shù)電路在置數(shù)狀態(tài)時，外部高電平為+5V、低電平為0V的數(shù)字角通過升壓變壓器的高低電平選擇器輸出電壓選擇信號，再通過電壓選擇開關(guān)轉(zhuǎn)換為高電平為+12V、低電平為-12V的數(shù)字角輸入計路電路；電壓參考產(chǎn)生電路為降壓鎖存器和升壓變壓器提供5V、5.4V和10.8V的基準(zhǔn)電壓；置數(shù)電路對可修調(diào)固態(tài)變壓器電路進行置數(shù)；
模擬角θ在可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中經(jīng)交流誤差放大電路后輸出誤差信號K sin(θ-φ)，在依次經(jīng)過高通濾波器濾波、相敏解調(diào)電路、二階積分電路、壓控振蕩電路和計數(shù)電路產(chǎn)生數(shù)字角φ，最后數(shù)字角φ在可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中與模擬角θ比較組成的一個閉環(huán)回路，尋找sin(θ-φ)的零點；當(dāng)這一過程完成時，數(shù)字角φ等于模擬角θ；最后經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字角φ；其中K是變比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于所述的高通濾波電路采用二階RC無源高通濾波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于所述的電平轉(zhuǎn)換電路還設(shè)有輸出字節(jié)選擇和補碼控制；輸出字節(jié)選擇對輸出數(shù)據(jù)進行字節(jié)選擇，補碼控制對輸入數(shù)據(jù)進行求補。
全文摘要
本發(fā)明是一種單芯片的自整角機/旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于它對自整角機信號/旋轉(zhuǎn)變壓器信號進行數(shù)字化處理，把自整角機信號/旋轉(zhuǎn)變壓器信號轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字角；它的電路是由可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路、交流誤差放大電路、高通濾波電路、相敏解調(diào)電路、二階積分電路、壓控振蕩電路、計數(shù)電路和電平轉(zhuǎn)換電路組成；并采用高壓BiMOS工藝將上述電路集成在單個芯片上；整個電路的供電電源為-12V～+12V。它在可修調(diào)固態(tài)控制變壓器電路中采用薄膜電阻的修激光修調(diào)方法，提高電阻匹配精度，從而提高轉(zhuǎn)換精度；在交流誤差信號放大電路后級采用信號濾波方法，慮除低頻噪聲和直流誤差，提高轉(zhuǎn)換精度。其電路的性能好，信號的輸入輸出幅值變大。
文檔編號H02P31/00GK101789757SQ20101012644
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者陳大科, 楊波, 夏偉 申請人:連云港杰瑞電子有限公司