- 一種硬件細分方法的研究與應用
- 采取純硬件進行細分的方法
- 實現高倍頻細分
1 引 言
目前，各類伺服驅動器及其應用中廣泛采用光柵裝置作為速度測量、位置測量的敏感元件。而且，廣泛采用兩路正交方波的形式，系統的實時性要求極高。因此，對于光柵編碼器的信號的細分等主要處理環節，一方面集中考慮提高分辨率的問題，同時，需要考慮實時性的問題。
盡管高速單片機、DSP等高速數字處理器件的應用可以極大地改善系統的實時性，但是做除法運算仍需較長的時間，大約為幾百微秒，無法滿足系統實時性的要求，因此，軟件細分的方法受到了限制。
目前，有很多采取純硬件進行細分的方法，如，電阻鏈細分，空間細分，鎖相倍頻，還有兩種方法的結合使用等。上述幾種方法在實際應用中被廣泛采用，特別是電阻鏈細分，在低倍頻的情況下是一種很好的方案。但是在高倍頻的情況下，不可避免地出現大量使用比較器的情況，以及比較器死區（滯后區）問題，難以調節。空間細分的方法中，主要解決的問題是切割電平精準的問題，其中的三角波切割三角波的方案有很多優點，可以改變使用過零比較造成的細分誤差。但是仍然存在大量使用比較器的問題，調節起來比較繁瑣。鎖相倍頻細分的方法，一方面，成本較前兩種高，另一方面，受環境溫度的影響比較大，實際的應用中很少采用。本文從原理上考慮了一種新的細分方案，使用取絕對值，八卦限理論，利用ASIC器件（速度為納秒級）對信號進行邏輯運算和處理等一整套純粹硬件的信號細分方案，并通過調試和實際應用，驗證了該方案的可行性。
2 細分原理及框圖
細分主要由以下幾個部分構成，取絕對值、提取卦限信號、A／D轉換、查細分表、邏輯運算等。系統框圖如圖1所示。
A／D轉換模塊對絕對值信號進行采樣轉化，如圖2所示：模擬多路開關在卦限控制信號的作用下，對絕對值信號進行選擇，其輸出分別作為A／D轉換的輸入信號和參考信號。A／D轉換受控于采樣控制信號，其輸出數據與采樣時刻的相位信號對應。
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3 硬件設計與調試
從原理上可以看出，該細分模塊的技術關鍵是比較器整形產生的卦限信號和A／D模塊產生的地址信號必須同步，這是能否正確細分的關鍵。因此，在電路設計過程中，比較器的滯后及其抗干擾能力是必須考慮和解決的問題。在抗干擾方面，采用差分放大，可以有效地抑制共模干擾。考慮其滯后問題，采用整形電路與取絕對值電路分離，可以通過調節各個運放的直流參數，使得卦限信號與絕對值信號能夠近似同步，否則，產生的細分方波將會在過零處變得混亂。如圖3所示，對其中sinx信號取絕對值及整形，這樣一來，既方便了調試，也避免了干擾及比較器的滯后問題。
4 檢測及檢測結果
采用純硬件的手段可以滿足系統實時性的要求，采樣速度為2μs。同時，采用該方法可以實現高倍頻細分，滿足大多數系統對于兩路正交反饋方波的需求，可以在光柵編碼器信號處理中采用。
