磁旋转编码器四倍频电路分析与集成化设计 913G倍频电路

] ; 2 。 图 < 为该电路 另一方面也提高了抗干扰能力[
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[ ] ; 磁性编码器G 是近年发展起来的一种新型编 码器。与光学编码器相比, 磁性编码器不易受尘埃
和结露影响, 其结构简单紧凑, 可高速运转, 响应速 度快( 达$ ) , 体积小, 成本低。 目前高 # # # #H P I "O 分辨的磁旋转编码器分辨率可达每圈数千个脉冲, 因此被广泛应用于精密机械、 磁盘驱动器和打印机 等设 备 中 的 旋 转 量 ( 位 置、 速 度、 角 度 等) 的检 测
[ , ] ; 2
磁性编码器由磁鼓、 磁传感器磁头以及信号放 大处理电路构成。高分辨的磁旋转编码器的磁鼓是 由在铝鼓的外缘涂布一层磁性材料而成, 充磁后在 磁性材料外表面空间一定区域内有一定强度的周期
。在此类系统的设计中, 当前主要使用电机
收稿日期: 2 # # K L ; 2 L ; $ " ) 资助项目: 国家" 高技术研究发展计划( " % < 2 # # < = = < 2 $ # ; # 作者简介: 王立锦( ) , 男, 副教授, 博士研究生, 主要从事磁性薄膜材料制备及传感器器件设计研究, ; M % < L E 0 ) 1 ( ( ) + ’ . 9 4 ? A N !
的方法提高其测量精度。设计了针对增量式磁旋转编码器四倍频集成电路, 详细分析了其工作原理, 并通过电路逻辑表达式 分析证明了电路逻辑结构的严密性, 从原理上说明了电路的精度和稳定性。给出了该集成电路输入输出引脚的仿真时序图 和封装图。
关键词: 磁旋转编码器; 四倍频电路; 电机伺服控制电路 中图分类号: C D @ E F 文献标识码: 1 " # 文章编号: ? A A G H I J I A @ A A G A @ H A F G K H A J 因此研究提高电机伺服系统定位精度的 作为驱动, 方法, 对提高机电系统性能具有重要的意义。 对于 一个设计完善的伺服系统而言, 其定位精度主要取
; 2 ; , , !"# $% & ’ & ) % * +, ’ . / ) 1 * " 23 ) 4 5+6 7 ) ’ 8 9 ( 0;, 0 0
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电
子
器
件
2 "卷
由于我们主要关心该电路在输入状态变化时, 其 输出状态的变化情况, 而且四倍频电路变化较大的也 主要是输入状态, 因此我们采用输入状态转换图进行 电路逻辑分析。该电路的输入状态转换如图2所示。 其中, [ 、 = S 表 示 =、 K V =] S 两 相 输 入 信 号, [ ] 表示四倍频电路输出。 从状态图可以看出, K V S 该电路不仅在输入正常的条件下能够稳定工作, 而 且在 = 输入在 S 出现同时变化的输入错误状态下 ( , 其输出信号不会发生 # # ; ;或# ; ; #之间跳变) " " 任何变化, 这一方面显示了电路逻辑结构的严密性,
第 2期
王立锦, 刘亚东等: 磁旋转编码器四倍频电路分析与集成化设计
< $ M
, ] K $ 性的磁场分布[ 。 最新式的磁性编码器磁头是用
码器的角位移测量精度提高K倍。由于伺服系统中 的编码器转速具有不可预见性, 造成脉冲周期 G 具 有不确定的特点, 从而无法使用锁相环等常用倍频 电路。详细观察图 ; 可以发现, 在脉冲周期 G 内, 尽管 G 不确定, =、 S 两相信号共产生了四次变化, 但由于 =、 使这四 S 两方波信号之间相位关系确定, 次变化在相位上平均分布, 如果利用这四次变化产 生四倍频信号, 则可以实现磁旋转编码器测量精度 的提高。 四倍频后的编码器信号, 需经计数器计数后, 才 能转化为相对位置。 计数过程一般有两种实现方 法: 一是由可编程计数器或微处理器内部定时 计数 器实现计数; 二是由可逆计数器实现对正反向脉冲 的计数。
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第2 "卷 第 2期 2 # # $ 年% 月
电 子 器 件 & ’ ( ) * + * , . / ) 0 1 23 1 * 4 5 / )6 * 7 ( 4 * +
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( ) 磁旋转编码器正转时输出信号 0
? 四倍频电路设计原理
磁旋转编码器的典型输出为两个相位差为 M # Q 的方波信号 = 和 S 以及零位脉冲信号 T 如图 ; 所 , 示 。图 ; 中 , =、 S 两相信号的脉冲数标志编码器轴 所转过的角度, =、 S 之间的相位关系标志编码器的 转向, 即当 = 相超前 S 相 M 时, 标志编码器正转 # Q ( ( 见图1 ) ) , 当 S 相超前 = 相M 时, 标志编码器反 0 # Q 转( 如图; ) ) 。 ( D 对于每个确定的编码器, 其脉冲周期 G 对应的 故其量化误差为! 2 编码器角位移固定为!, 。如果 能够将 = 或 S 信号四倍频, 则计数脉冲的周期将减 , , 小到 G K 量化误差则下降为! " 从而使磁旋转编
磁旋转编码器四倍频电路分析与集成化设计
王立锦;, 刘亚东;, 焦 让2, 朱逢吾;
(
摘
北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 ; ; ; 9 # # # " < 北京科技大学机械工程学院, 北京 ; 2 9 # # # " <