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diseño de modelo HSDC 14596 serie de alta precisión & Hi-Rel híbrido integrado resolver a la estafa digital

diseño de modelo HSDC 14596 serie de alta precisión & Hi-Rel híbrido integrado resolver a convertidor digital

Resumen: Este documento describe los antecedentes de desarrollo y el esquema técnico general del modelo HSDC 14596 serie resolver a convertidor digital desarrollado por ECRIM. El diseño de circuitos clave y solución de producción nacional de chips para procesador de señales, 64 sectores generador de funciones, bipolar VCO y fase autoadaptativo principalmente se analizan circuitos. describe exhaustivamente la tecnología de diseño de confiabilidad para cumplir “Técnico requisitos de componentes electrónicos utilizados en proyectos especializados espaciales ”, y también con resultados de investigación de procesos como soldadura de chip, control de atmósfera interna y Au-Al vinculación.

Palabras clave: Resolución de 16 bits, generador de funciones sectoriales, VCO bipolar, fase autoadaptación


1.Resolver a convertidores digitales descripción general

El HSDC14596 serie de alta precisión hi-rel resolver a convertidores digitales son una clase de alta precisión, alta rel, volumen pequeño y bajo consumo. electrónica integrada híbrida El La función del dispositivo en el sistema de navegación inercial de la plataforma es convertir el ángulo de salida de la señal analógica por la máquina síncrona o el resolver en a 16 bits salida de peces digital binaria paralela, de modo que la computadora pueda medir los parámetros físicos como el ángulo y el desplazamiento, y se dé cuenta del sistema y alcance el objetivo. El El diagrama de bloques del sistema de aplicación del dispositivo se muestra en la figura.

1:


figura 1 Resolver a diagrama de bloques de la aplicación del convertidor digital

Resolver convertidor a digital es el componente clave de analógico a digital conversión en el sistema servo de inercia de la plataforma. sus indicadores técnicos afectan directamente al rendimiento del sistema, especialmente al producto con 16 bits resolución, 1,3 puntos precisión de conversión y RIPCLK señal cero salida, BT salida de señal de detección de fallas, y un máximo 60 ° función adaptativa de fase. El las unidades militares nacionales siempre han dependido de los productos de ddc importados, y el ciclo y el precio están restringidos.

Este proyecto ha pasado el HSDC14596 serie de alta precisión y hi-rel tecnología híbrida de convertidor de ángulo de eje integrado, y ha superado y dominado las tecnologías clave como el generador de funciones, oscilador y fase autoadaptación. al mismo tiempo, el circuito adopta un diseño de chip de núcleo independiente para lograr el objetivo de localización de productos. además, con la aplicación de ECRIM soldadura de chips, control de atmósfera interna, oro-aluminio unión y otros resultados de investigación tecnológica en el proceso de fabricación de este producto, el grado de calidad de este tipo de producto ha alcanzado K1 nivel, cual puede cumplir con los "componentes electrónicos de ingeniería especial aeroespacial". habilidades requisito ".

2. Resolver al plan general de convertidores digitales

Este El proyecto adopta el principio de diseño del circuito convertidor de ángulo del eje del tipo de seguimiento de rendimiento como el diseño general del diseño de la balsa eléctrica, y tiene la capacidad de realizar un seguimiento automático digital de alta velocidad y alta precisión para la simulación de entrada pescado. en teoría, el convertidor tiene un buen rendimiento de pista estático y dinámico, bueno anti-jamming y adaptabilidad ambiental. El El diagrama de bloques del circuito se muestra en la figura 2:


Figura 2 diagrama de bloques del HSD14596 convertidor de serie

3. Resolver a las tecnologías clave de los convertidores digitales

3,1 Resolver a convertidores digitales Front-end diseño de circuitos de procesamiento de señales

Este parte se compone de un convertidor scott electrónico o un amplificador de aislamiento, que funciones para aislar el ángulo analógico de entrada y convertirlo en dos señales ortogonales de precisión vs y Vc, y convertir simultáneamente la señal de excitación en a fase-fase control de procesamiento señal. El front-end El circuito de procesamiento de señales debe tener un gran modo común relación de rechazo para adaptarse a la entrada de señales de CA como 11,8 V, 26 V y 115 V. al mismo tiempo, para garantizar la alta precisión del convertidor, la cobertura de vs y Vc las señales deben coincidir estrictamente. El El error causado por la discrepancia debe ser menor que 0,33. El Los principios y métodos de diseño se describen a continuación:

máquina síncrona señal: V (S3-S1) = Vsinθsinωt

V (S1-S2) = Vsin (θ-120 °) sinωt

V (S2-S3) = Vsin (θ-240 °) sinωt

(V = KVm; Vm es la entrada de voltaje de referencia de la máquina síncrona, k es la entrada de referencia de la máquina síncrona y el voltaje de salida de la señal relación)

El El diseño del circuito es el siguiente:

Cuando: V (S2-S3) = Vsin (θ-240 °) sinωt

= V (sinθcos240 ° - cosθsin240 °) sinωt

= V (-sinθcos60 ° + cosθsin60 °) sinωt

= V ( cosθ- sinθ) sinωt

Entonces: V (S2-S3) + V (S3-S1)

= V ( cosθ- pecadoθ + sinθ) sinωt

= v cosθsinωt

El El circuito de diseño es el siguiente:


figura 3 esquema scott electrónico

R1 = R2 = R3 ; R4 = R5 = R6 ; R7 = (1+) R8 ; R9 = R10

Disponible: VS = Vsinθsinωt

VC = Vcosθsinωt

Para el resolver señal: V (S3-S1) = Vsinθsinωt

V (S2-S4) = Vcosθsinωt

El El circuito está diseñado como una estructura de amplificador diferencial.

para garantizar la precisión de conversión del circuito, la resistencia R1 ~ R9 adopta ECRIM's diseño de proceso de red de resistencias de película delgada y la precisión proporcional del par de resistencias debe ser ≤0.01 %. El El certificado de uso real cumple plenamente los requisitos del indicador .

3,2 Resolver a convertidores digitales 64 sectores diseño de circuito generador de funciones

El El circuito generador de funciones sectoriales es la clave para garantizar alta precisión conversión de productos Este proyecto ha diseñado un 64 sectores generador de funciones, y el método de aproximación lineal se utiliza directamente en el sector . El El método tiene una alta precisión teórica y el error teórico es de 5 segundos.

El clave para esto el diseño es formar un 64 partes límite función. El Los principios y métodos de diseño se describen a continuación.

El expresión básica de la función sector es:

(1) VK = VOsin (θ - K × 11.25 °) sin (ωt + α)

El la siguiente expresión simplificada es sin (θ - K × 11.25 °) , 其中 K∈ {0,31}

según la función trigonométrica relación:

(2) sinA + sinB = 2sin (A + B) / 2 • cos (A-B) / 2

entonces el método de generación de funciones es el siguiente:

El señal de entrada de función de sector es:

VS = Vosinθsin (ωt + α) (3)

VC = Vocosθsin (ωt + α) (4)

(La expresión simplificada es sinθ 、 cosθ)

sinθ es generado por el inversor:

-Sinθ , que es sin (θ - 180 °) = pecado (θ - 11.25 ° × 16)

-Cosθ , que es sin (θ - 90 °) = sin (θ - 11.25 ° × 8)

El sumador se utiliza para formar una función de sector, y el circuito de sector se muestra en la figura 4.


figura 4 circuito de sector

Si A = sinθ, B = sin (θ - 180 °), el circuito de entrada hace R2 / R1 = 1 / cos 45 ° -1 , R3 = R4

entonces el pecado (θ - 11.25 ° × 4) puede obtenerse en la c terminal.

Si A = sin (θ - 45 °) , B = sin (θ - 90 °), el circuito de entrada hace R2 / R1 = 1 / cos 22,5 ° -1 , R3 = R4

entonces el pecado (θ - 11.25 ° × 6) puede obtenerse en la c terminal.

por analogía, un diagrama de bloques de 32 capas función partición de límites El circuito de función de sector está formado por una cascada mutua dentro del circuito de función de sector.


figura 5 diagrama de bloques de la función de bloque

Este parte del circuito consta de una red de resistencias de precisión, una matriz de conmutadores analógicos y varios amplificadores operacionales.

El circuito lógico de control de sector se realiza con un código angular correspondiente (binario número) de cinco dígitos como la lógica estroboscópica de matriz de conmutadores analógicos requerida por la función de sector circuito. El El circuito lógico de control de sector se compone de dos cuatro opciones interruptores analógicos, cinco dos selecciones interruptores analógicos y una unidad de control de código lógico, y está diseñado como un chip dedicado de matriz de interruptores analógicos, como se muestra en la figura 6


figura 6 matriz de interruptores analógicos

3.3 Resolver a convertidores digitales diseño de circuito de formación de errores

después de que se genera el voltaje de la función límite, se multiplica por el código original y el complemento del ángulo digital en el sector, y luego se suma para formar un voltaje de error Δ. El El circuito se puede diseñar como un chip dedicado para el R-2R El complemento original de 10 bits multiplica DAC. se puede realizar otra conversión de circuito con un DAC de uso general.

conocido anteriormente: △ V = [A2 pecado (θ-A1-φ0) + A2 补 sin (θ-A1)]

sea ​​ sin (θ-A1-φ0) = X ; sin (θ-A1) = Y

luego △ V = A2X + A2 补 Y

= A2X + (1-A2) Y

= (X-Y) A2 + Y

Por tanto, el circuito de diseño se puede obtener como se muestra en la figura 7:


figura 7 circuito de formación de voltaje de error

El resistencias utilizadas en todo el sector generador de funciones y formación de errores Los circuitos están diseñados utilizando un proceso de red de resistencia de película delgada para garantizar la conversión precisión del producto.

3.4 Resolver a convertidores digitales diseño de circuito oscilador controlado por voltaje bipolar

Para cumplen los requisitos técnicos de ± 10V velocidad angular VEL salida de tensión a ± 2,5 rpm, un oscilador bipolar controlado por voltaje debe diseñarse para cumplir con las especificaciones.

El El diseño del oscilador controlado por voltaje se basa en el principio del método de calle plana de carga, es decir, la carga es igual a la carga de descarga en el tiempo de descarga T1 en un ciclo de oscilación tiempo. El la carga de descarga es generada por la fuente de corriente constante interna Ii, y el tiempo de descarga T1 es generado por el monoestable circuito de temporización, y la corriente de carga se genera mediante la relación entre el voltaje de entrada v y la resistencia de entrada Ri. Vamos a mira la figura 8:


figura 8 esquema del integrador

Porque:

entonces la frecuencia de oscilación del integrador F =

se puede ver que cuando T1 y I1 son valores constantes, f es proporcional a Vi.

El El circuito oscilador controlado por voltaje bipolar está compuesto por un comparador de ventana de voltaje de umbral, un doble uno-estable circuito y una histéresis comparador circuito. El voltaje comparador genera un disparo de flanco descendente one-shot circuito para generar un pulso ocupado y un pulso de pestillo dios; el one-shot El circuito puede recibir una señal de inhibición auxiliar externa INHIBIT, prohibiendo la generación del pulso de pestillo; la histéresis comparador genera un nivel lógico DIR, y el control 16 El dirección de conteo del contador bit reversible. Este El circuito está diseñado como un chip dedicado para osciladores controlados por voltaje.

para garantizar una alta linealidad de V / F conversión, la resistencia y la capacitancia del integrador requieren una pequeña variación de temperatura.

3,5 Resolver a convertidores digitales diseño de circuito adaptativo de fase de banda ancha

El El circuito adaptativo de fase es un circuito clave para garantizar la precisión de seguimiento dinámico del producto cuando hay una condición de desplazamiento de fase entre la señal y la referencia . refiriéndose a datos externos, el esquema de diseño del circuito es: la señal de referencia genera una señal de conmutación con la misma fase, y la propia señal de entrada genera un pulso de control, controla el desplazamiento de fase de la señal de conmutación y finalmente genera un detector de fase señal que está en fase con la señal de entrada.

Desde las señales seno o coseno generadas por el front-end La transformación de Scott tiene una pequeña amplitud y no puede cumplir con el voltaje umbral de entrada requerido para el comparador inversión de salida, el circuito sumador de las señales seno y coseno debería estar diseñado para asegurar la amplitud de salida. valor.

conocido anteriormente: VS = Vsinθsinωt

VC = Vcosθsinωt

Disponible: VS + VC = V (sinθ + cosθ) sinωt

= Vsin (θ + 45 °) sinωt

Por lo tanto, una mayor amplitud de señal en sinωt ≠ 0 se obtiene

Para diseño esto circuito, las señales de las señales seno y coseno en el primer cuadrante deben ser sumadas por los dos bits más altos del código digital de salida basado en la polaridad de las señales seno y coseno

Para mejorar el ancho de banda de trabajo del circuito adaptativo de fase, es necesario diseñar una señal de referencia 90 ° circuito de desplazamiento de fase con un rango de frecuencia de 50 ~ 2600Hz. El la salida se envía al extremo de entrada del flip-flop d, y el pulso cero el control es generado por la propia señal para generar la señal de conmutación de fase correcta. aquí está la figura 9:


Figura 9 diagrama de bloques del circuito adaptativo de fase de banda ancha

3,6 Resolver fallas en convertidores digitales autodiagnóstico diseño de circuito

Este El circuito se utiliza para detectar fallas de línea internas y externas en el producto del convertidor y para emitir una señal de bit (activa baja). Si el asistido externamente línea de señal de máquina síncrona o la línea de señal de excitación está rota, o falla un componente en el circuito interno, el convertidor seguir el cambio del ángulo analógico de entrada normalmente.

El El circuito está diseñado para tomar el error de CA amplificado y después de onda completa rectificación y filtrado, se envía al extremo de entrada del Schmitt inversor 54LS14, y la salida es la falla requerida autodiagnóstico aviso.

Por lo tanto, una mayor amplitud de señal en sint0 se obtiene

El diseño del circuito es:

Cuando el convertidor normalmente se rastrea dentro del rango de precisión, su 1LSB error de ca es:

△ V =

Cuando el valor efectivo de vs es 2V; la ganancia de error es K = 136; el modo es RA = 10,2; cuando n = 16

ΔV = 136 × 2 × 10,2 × = 260mV

después de onda completa rectificación y filtrado, el error de CC de 1SB es: = 234 mv

Cuando el convertidor El error de seguimiento anormal alcanza los 60 LSB, el error de CC es de 1,4 V, que alcanza el voltaje de umbral positivo del Schmitt inversor 54LS14, y provocando que se invierta su nivel de salida. Cuando el error dc es menor que 0,9 V, en el voltaje de umbral, la salida vuelve a un nivel alto, por lo que el bit es alto cuando normalmente se realiza un seguimiento de la potencia y el bit es bajo cuando el seguimiento no es normal.

3,7 Resolver a convertidores digitales investigación de tecnología de confiabilidad de procesos

de acuerdo con los requisitos técnicos para componentes electrónicos de Proyectos especiales aeroespaciales, para lograr el K1 grado de calidad, la tecnología del producto de este proyecto ha obtenido los siguientes resultados de investigación:

3.7.1 Resolver a convertidores digitales investigación de procesos de soldadura por viruta

de acuerdo con los requisitos de la prohibición del uso de chips de unión adhesiva conductora en el proyecto especial aeroespacial, el proyecto llevó a cabo una investigación sobre el proceso de soldadura de chip correspondiente, incluido el proceso de soldadura al vacío, el proceso de soldadura eutéctica y otras investigaciones técnicas, en lugar de utilizar el chip de unión de adhesivo conductor proceso.

3.7.2 investigación sobre resolver a convertidores digitales tecnología de control de atmósfera interna de productos

de acuerdo con los requisitos de la norma de componentes electrónicos de ingeniería especial aeroespacial, el control de la atmósfera interna del producto de circuito integrado híbrido es más estricto que el nivel H requisito. no solo se mejora aún más el requisito de contenido de vapor de agua, sino también el contenido de oxígeno, hidrógeno, dióxido de carbono, a base de carbono se especifica residuos orgánicos y otros gases. El El proyecto llevó a cabo una investigación relacionada sobre el mecanismo de formación y el control de procesos de atmósferas nocivas y resolvió eficazmente el problema del control de la atmósfera interna.

3.7.3 estudio sobre resolver a convertidores digitales oro-aluminio proceso de unión

de acuerdo con los requisitos estándar de los componentes electrónicos de ingeniería especial aeroespacial, el proyecto llevó a cabo una investigación sobre oro-aluminio tecnología de unión, pasó los requisitos de evaluación de 300 ° C, 24h y larga vida. después de la prueba de fondo, la condición de unión actual satisface this requisito.

4. Conclusión

El HSDC14596 serie de alta precisión y hi-rel híbrido resolver a convertidores digitales desarrollados por this proyecto están diseñados y fabricados con tecnología de chip independiente. El Los productos han alcanzado los índices técnicos de productos similares de la empresa ddc de los estados unidos y han logrado la localización, y PIN-T0-PIN es compatible; tiene las funciones de inhibir salida estática, habilitar salida habilitar, RIFCLK salida de señal cero, salida de señal de detección de fallo de bit y función del ángulo de desplazamiento de fase adaptativo entre la señal y la referencia de máximo 60 °; la calidad del producto alcanza las especificaciones generales de los circuitos integrados híbridos con GB2438-2002 requisitos de evaluación y cumplir con los requisitos técnicos de componentes electrónicos de ingeniería especial aeroespacial.

Referencias:

(1) manual de referencia del convertidor de datos I [M]. Corporación de dispositivos de datos, 1999

(2) Sincronización / Resolver manual de conversión [M]. corporación de dispositivos de datos 2009,

(3) resolución variable Resolver-a-Digtial convertidor AD2S83 datos manual [M]. Dispositivos analógicos, Inc, 2000

(4) Boyes g S, ed synchro y resolver conversión [Z] Norwood, MA: Anolog Dispositivos, 1980.

(5) principio de control automático, Yu Chengbo, Zhang Lian, et al., Beijing: Tsinghua prensa universitaria, 2006

(6) Manual técnico de la aplicación del amplificador operacional, 2009wtmg, etc., Zhang Lefeng, Zhang Ding, etc. Beijing: Gente Correos y Telecomunicaciones Prensa, 2009.1

(7) "Teoría de señales y sistemas, métodos y aplicaciones" Xu Shoushi

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