测控电路第七章信号细分与辨向电路.ppt

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第七章信号细分与辨向电路,计量测试工程学院朱维斌,计量测试工程学院朱维斌,信号细分电路概念：

信号细分电路又称插补器，是采用电路的手段对周期性的测量信号进行插值提高仪器分辨力。

信号的共同特点：

信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空间上一个固定位移量。

电路细分原因：

测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实现对位移的测量，若单纯对信号的周期进行计数,则仪器的分辨力就是一个信号周期所对应的位移量。

为了提高仪器的分辨力，就需要使用细分电路。

细分的基本原理：

根据周期性测量信号的波形、振幅或者相位的变化规律，在一个周期内进行插值，从而获得优于一个信号周期的更高的分辨力。

辨向：

由于位移传感器一般允许在正、反两个方向移动，在进行计数和细分电路的设计时往往要综合考虑辨向的问题。

计量测试工程学院朱维斌,7.1直传式细分,细分电路,直传式细分,平衡补偿式细分：

带反馈，可实现高细分数。

xix1xo,K1,K2,Km,x2,x2,x1,K1、K2、Km为各个环节的灵敏度,中间环节可能是波形变换电路、比较器或D/A等等。

总的灵敏度：

Ks=K1K2Km,直传式系统抗干扰能力差，精度低于平衡补偿式，但是速度快，简单。

越靠近输入端，越要做的精细。

计量测试工程学院朱维斌,一、四细分辨向电路,要求：

输入两路具有90相位差的方波信号。

A,B,细分的原理：

基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿和两个下降沿，通过对边沿的处理实现四细分。

辨向：

根据两路方波相位的相对导前和滞后的关系作为判别依据。

原理：

利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。

典型的积分式单稳触发器,稳态,暂态,A在上边沿的时候，进入暂态，触发一个在脉冲A,稳定时：

VI=0，Vo1=1，Vo2=1，Vo=0,上升沿来：

VI=1，Vo1=0，Vo2=1，Vo=1,电容C1开始通过电阻R1放电，当电阻两端下降到VTH时，Vo=0，退出暂态。

阈值电平,计量测试工程学院朱维斌,正向运动,单稳四细分辨向电路,第1个过程：

A上升沿的时候，A产生一个窄脉冲。

B=0，B=1，DG10、DG5为与或非门。

Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。

A下降沿的时候，A产生一个窄脉冲。

同样，Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。

B上升沿的时候，B产生一个窄脉冲。

同样，Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。

B下降沿的时候，B产生一个窄脉冲。

同样，Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。

A,Uo1在正向运动时，插入了四个为零的计数脉冲，Uo2一直为高电平。

计量测试工程学院朱维斌,反向运动,反之：

反向运动时，B在A的前面，这时在Uo2中输入了四个为零的计数脉冲，Uo1无输出，一直为高电平,DG5Uo1,DG10Uo2,哪一个输出关系着辨向,根据上述原理，已制成集成电路C5194、C5191,计量测试工程学院朱维斌,图为一单稳辨向电路，输入信号A、B为相位差90的方波信号，分析其辨向原理，并分别就A导前B90、B导前A90的情况，画出A、Uo1、Uo2的波形。

可见，当A导前B90时，Uo1有输出，Uo2无输出，当B导前A90时，Uo1无输出，Uo2有输出，实现辨向。

计量测试工程学院朱维斌,二、电阻链分相细分,要求信号为一对正余弦信号。

一、工作原理,在电阻链两端施加相位差90，频率相同的相位信号，由于两信号的叠加作用，在电阻链各接点上，可得幅值和相位都不相同的电信号，这些信号经整形、脉冲形成后，就能获得若干个计数脉冲。

图7-5电阻链分相细分,a）原理图,b）矢量图,根据叠加原理：

uo的幅值：

uo的相位：

相关,uom,相关,所以改变R1、R2比值，就能改变、uom，uo是沿u1、u2直线运动，=45时，uom有最小值。

计量测试工程学院朱维斌,这里讲的的是090第一象限的情况。

同理：

cost,-sint,每一个臂上都是电位器，可以用来调整相位。

电阻并联桥，在四个象限内依次有一个相位差的若干输出电压。

计量测试工程学院朱维斌,例：

若采用这种移相桥实现12细分，所有的电位器电阻值均为12K，计算第一象限的各电阻值分阻阻值。

每个象限内相位差30,0:

R1=0K，R2=12K,30:

R1=4.39K，R2=7.61K,60:

R1=7.61K，R2=4.39K,计量测试工程学院朱维斌,经电阻链细分后，各相信号仍是模拟信号，为实现数字化，要把它们变换为逻辑“0”或“1”电平，这项工作由电压比较器完成。

左半部分是两个区间的细分，右边是比较器（施密特比较器）。

设比较器输出高、低电平电压分别为UOH和UOL。

两个门限电压：

滞后电平：

计量测试工程学院朱维斌,电阻链5倍频细分电路,从比较器得到的10路方波信号再经过异或门逻辑组合电路，在3和4端获得两路相位差为90的五倍频方波信号。

注意：

该5倍频信号正好满足上述四细分电路对输入信号的要求。

计量测试工程学院朱维斌,参照图7-6电阻链五倍频细分电路的原理，设计一电阻链二倍频细分电路。

电阻链二倍频细分电路如图所示，其输出A、B为相位差45的二路信号，它们的频率是输入信号频率的二倍,计量测试工程学院朱维斌,ThankYou!