旋转干式变压器信号处理的低成本高分辨率方案

谐振器包含三个绕组，即一个转子绕组和两个定子绕组。转子绕组随电机旋转，定子绕组位置固定，两个定子成90度角(如图1所示)。这样，绕组就形成了一个角度相关系数的干式变压器。

图1:旋转式干式变压器及其相关信号

施加到转子绕组的正弦载波耦合到定子绕组，并且根据转子绕组的角度对定子绕组的输出进行幅度调制。由于安装位置的原因，两个定子绕组的调制输出信号相差90度。

通过解调这两个信号可以获得电机的角位置信息。先先接收纯正弦波和余弦波，然后将两者相除得到角度的正切值。较后通过“反正切”函数得到角度值。由于DSP通常用于算术处理，所以需要将正弦和余弦波数字化。目前市场上有几种具有这些功能的特殊产品，但价格昂贵，大多数应用需要寻找其他替代产品。

目前，较常用的方法之一是检测输出信号中载波频率的峰值，以触发模数转换器(ADC)。如果调制信号总是在这个时间点切换，载波频率将被消除。由于分辨率较高的delta-sigma ADC总是在一段时间内对信号进行积分和采样，所以不仅会转换峰值电压，还需要采用TI ADS7861或ADS8361等逐次逼近型ADC，分辨率限制在12~14位。

这种方法还需要使用几个电路模块，这些电路模块必须产生合适的正弦载波，在合适的时间点触发转换过程，ADC必须同步转换信号。这不仅增加了成本，而且分辨率有限。

新概念的理论基础

在新概念中，使用过采样方法，并将解调移至数字域。调制信号的过采样采用双通道-调制器ADS1205，数字滤波芯片AMC1210用于调制器输出的解调和抽取。

调制器只产生一个比特流，与ADC中的数字概念不同。为了输出相当于模拟输入电压的数字信号，必须使用数字滤波器来处理比特流。正弦滤波器是一种非常简单、易于构建且所需硬件较少的滤波器。

频率为调制器时钟频率的整数倍除以过采样率的信号将被抑制，这些被抑制的频率点称为陷波。在这个新概念中，设置积分器抽取率的原理是使载波频率落入某个陷波频率。但先先需要对信号进行解调，否则角度信息会和载频一起被忽略。该任务由AMC1210完成。

AMC1210有四个通道，每个通道提供一个如图2所示的滤波器结构。

图2:2:AMC 1210的数字滤波器结构

AMC1210也可用于测量电流。在本例中，我们使用比较器滤波器进行过流保护，它可以在低分辨率下实现快速响应(如图中蓝色部分所示)。$ part可以以较低的采样速率产生较高分辨率的输出，这部分用于控制环路。根据应用的需要，可以采用正弦滤波器和积分器来优化滤波器的结构。此外，该信道还可以用于滤波和解调。 #p#分页标题#e#

先先，AMC1210中的正弦滤波器对调制器的比特流进行滤波，将其转换为中等分辨率和中等速率的数据字。ADS1205较有效的三阶正弦滤波器的过采样率(OSR)为128。当过采样率超过128时，OSR每增加一倍，信噪比仅增加3dB。经过解调后，积分器可以达到同样的效果，缩短滤波器的延迟时间。

将OSR设置为128将生成14位数字调制信号，数据速率为：

在该等式中，fmod表示调制器的时钟频率，该频率降低至调制器原始时钟频率的一半。在以下示例中，当时钟信号频率为32.768MHz时，三阶正弦滤波器的数据速率为128kHz。

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