旋变解码（RDC）芯片分析

1、旋转变压器介绍

旋转变压器（Resolver）是一种电磁式传感器，它主要用于角度位置和角速度的测量。旋转变压器由安装时固定不动的定子和安装在轴上的转子组成。旋转变压器的工作原理相似于普通变压器，它的定子和转子可以看成变压器的原边和副边。定子绕组接受外部的励磁电压，而转子绕组则通过电磁耦合产生感生电动势。转子绕组的感生电动势经过解调等处理后可得到转子的转角，从而得到目标结构的轴角位置和角速度等数据。

当外界给予旋转变压器的定子绕组以一定频率的励磁电压时，转动的转子上的绕组便会输出幅值与转子轴角成正、余弦函数关系的调幅信号。旋转变压器有绕线式和磁阻式之分，也有单极对和多极对之分。通常采用多极对旋转变压器能够提高数据采集的精度。

图 1 旋转变压器实物

图1为赢双公司生产的52XU9733型磁阻式旋转变压器。其主要参数如表1所示：

表- 1 YS 52XU9733主要参数

型号	YS 52XU9733
极对数	3对极
励磁电压	7V(AC)
励磁频率	10kHz
变压比	0.286±10%
精度	≤±45

2 旋转变压器的工作原理

通常在旋转变压器的的转子中有一组原边绕组，定子中则有两组副边绕组。而在可变磁阻旋变中，转子里没有绕组，取而代之的是原边绕组也在定子上，见图1。不过，凸极性设计的转子能在副边绕组产生与角度位置成正、余弦变化的感生电动势。

图 2 旋变结构示意图

无论是经典旋变还是可变磁阻式旋变，当外界给予如图2-3中R2-R4所示的励磁信号时，转动的旋转变压器将输出如S2-S4、S1-S3所示的正余弦调幅波。

图 3 旋转变压器的励磁输入和正余弦输出

设旋转变压器转子 R1—R2 励磁绕组两端施加的励磁电压为:

则旋转变压器定子上的 S1—S2和S3—S4绕组输出电压分别为:

式中，E0–定子上两个绕组感应电动势的幅值

θ–余弦绕组S3-S4 与转子绕组R1-R2所成的夹角（定子和转子上各有定位线，也可以看成定子与转子的定位线的夹角），即被测转轴量旋转的角度信息。

3 旋变-数字转换芯片简介

在旋变解码方案中，常规的做法是选用旋转变压器的专用RDC芯片来对旋转变压器输出的模拟信号进行解码。旋变-数字转换芯片（Resolver-to-Digital Converter，简称RDC），又称轴角-数字转换器，是一类专为旋转变压器而设计的模数转换芯片。它可以将旋转变压器输出的正比于旋转轴角度正弦值和（或）余弦值的电信号转换成对应于旋转角度和(或)角速度的数字输出。

目前，针对旋转变压器的解码，市场上已有成熟的旋变-数字转换(Resolver to Digital Convertor，简称RDC )芯片，例如美国ADI公司推出的AD2S80、AD2S83、AD2S90、AD2S1200、AD2S1205，日本多摩川公司的AU6802、AU680以及中国重工716研究所生产的ZSZ／XSZ-04系列旋变-数字转换芯片。此类RDC芯片能够直接与旋转变压器相连接，从硬件上直接对旋转变压器输出的模拟信号进行解码，输出相应的轴角位置和转速信息。

4 旋变-数字转换芯片工作原理

旋变-数字转换芯片的解码过程见图4。

图 4 RDC芯片解码原理图

该差值信号经过积分器后移送至压控振荡器。压控振荡器内部会产生数量上与差值信号幅值成一定关系的脉冲序列,可逆计数器对该脉冲序列进行识别并增减计数。由乘法器、检波器器、积分器器、压控振荡器器和可逆计数器组成的闭环反馈系统，使ΔU’逐渐趋于0。当差值为0时,φ≈θ，此时计数器中的计数值就是转子位置所对应的角度值。至此，RDC芯片已将旋变输出的信号进行了解码。