测控电路第七章信号细分与辨向电路.ppt

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KsK1K2Km,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VI0，Vo11，Vo21，Vo0,上升沿来VI1，Vo10，Vo21，Vo1,电容C1开始通过电阻R1放电，当电阻两端下降到VTH时，Vo0，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。,B0，B1，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φ、uom，uo是沿u1、u2直线运动，φ45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,,cosωt,-sinωt,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12KΩ，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,,R10KΩ，R212KΩ,30,R14.39KΩ，R27.61KΩ,,60,R17.61KΩ，R24.39KΩ,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,