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。,xi x1 xo,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,DG5 Uo1,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B 90、B导前A 90的情况，画出A、Uo1、Uo2的波形。,可见，当A导前B 90时，Uo1有输出，Uo2无输出，当B导前A 90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=0 K，R2=12 K,30:,R1=4.39 K，R2=7.61 K,60:,R1=7.61 K，R2=4.39 K,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,Thank You!,
