無刷電動機沒有換向機構(gòu)，需要位置傳感器來確定轉(zhuǎn)子位置,、旋轉(zhuǎn)速度等參數(shù),。其位置傳感器原以霍爾傳感器、光學(xué)編碼器居多,。但是由于霍爾傳感器精度低,，而光學(xué)編碼器抗震動性差、抗腐蝕性弱,，都不能勝任現(xiàn)代電動汽車惡劣的工作環(huán)境,，故近年來迅速被適用于惡劣工作環(huán)境的旋轉(zhuǎn)變壓器所代替[1]。

    旋轉(zhuǎn)變壓器作為時變強耦合器件,，對其輸入信號有較高的要求,，且其輸出模擬信號因相位移向、電機引入干擾而不能直接被上位控制機所采納使用，必須采用設(shè)計良好,、經(jīng)過標定驗證的信號接口電路處理,，以實現(xiàn)其模擬信號與控制系統(tǒng)數(shù)字信號之間的互相轉(zhuǎn)化。這類接口電路是專用于旋轉(zhuǎn)變壓器的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,，即旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC)[2],。
    早期的RDC電路方案采用分離式設(shè)計，使用者需根據(jù)各自系統(tǒng)的特點利用各種濾波,、放大,、AD/DA等芯片搭建一個完整的RDC電路，這種方案需要設(shè)計者擁有非常豐富的設(shè)計經(jīng)驗和大量的系統(tǒng)測試/驗證時間,，在一定程度上為旋轉(zhuǎn)變壓器的普及造成了障礙,。AD2S1210是ADI公司最新推出的旋轉(zhuǎn)變壓器信號輸出/檢測芯片，該芯片分辨率為10 bit,、12 bit,、14 bit、16 bit可調(diào),，最大精度可達±2.5弧分,，且?guī)в袇⒖颊袷幤鞯臄?shù)字可變R/D變換器并經(jīng)過了汽車應(yīng)用認證。本文給出了基于該芯片的電機解碼系統(tǒng)設(shè)計,。
1 旋變原理及主要參數(shù)指標
    基本的旋轉(zhuǎn)變壓器分經(jīng)典旋變和可變磁阻式旋變等,，它們在結(jié)構(gòu)和繞組分配方式上略有不同，但是無論何種形式的旋變,，其旋變輸出電壓(S3-S1, S2-S4)的計算公式[3]均相同,，即：    

    旋轉(zhuǎn)變壓器的兩個定子繞組機械錯位90°，如圖1所示,。其中,，Vp為勵磁電壓峰值，Vr為勵磁電壓有效值,，Vs為變比后的電壓,，Va、Vb分別為S2-S4,、S3-S1感應(yīng)電壓,。初級繞組采用交流基準源激勵，隨后在定子次級繞組上耦合的幅度是轉(zhuǎn)子（軸）相對于定子位置的函數(shù),。因此,，旋變產(chǎn)生由軸角的正弦和余弦調(diào)制的兩個輸出電壓(S3-S1，S2-S4),。旋變信號輸出格式如圖2所示,。

    本設(shè)計的旋轉(zhuǎn)變壓器采用日本多摩川公司的經(jīng)典旋變,，其變比為0.286，激勵頻率范圍為10 kHz～20 kHz,，激勵電壓峰-峰值最大為17 V,，激勵電流典型值為50 mA。
2 AD2S1210工作理論及外圍搭建
    AD2S1210集成片上可編程正弦波振蕩器,，為旋轉(zhuǎn)變壓器提供正弦波激勵,，轉(zhuǎn)換器的正弦和余弦輸入端準許輸入峰-峰值為3.15 V±27%、頻率為2 kHz～20 kHz范圍內(nèi)的信號,。將正弦和余弦輸入端的信號轉(zhuǎn)換為輸入角度和速度所對應(yīng)的數(shù)字量信號,，則最大跟蹤速度為3 125 r/s。

    由于旋變有著不同的勵磁電壓要求和一定的變比,，而AD2S1210的勵磁信號輸出典型值為差分7.2 Vp-p,，輸入信號范圍為差分3.15 Vp-p，故應(yīng)結(jié)合旋變的參數(shù)調(diào)整驅(qū)動器的增益,。需要注意的是輸入至AD2S1210的差分信號不能低于地電位,，所以在此處選擇正電源激勵。
    一般情況增益都在勵磁一側(cè)的增益緩沖器處設(shè)定,，根據(jù)旋變勵磁電壓和旋變的變比,，可得到符合AD2S1210輸入電平要求的正、余弦調(diào)制信號,。勵磁驅(qū)動電路如圖4所示,。

    在本設(shè)計中，已知旋變的變比為0.286,，為實現(xiàn)3.15 Vp-p的正,、余弦輸入信號幅度，勵磁一側(cè)的電壓應(yīng)為：3.15 Vp-p/0.286=11 Vp-p,，所以增益設(shè)定為：R142/R146=11 Vp-p/7.2 Vp-p=1.53。
    運放同相輸入端的電阻用于調(diào)整勵磁信號的直流共模電平,，C163,、C173電容并聯(lián)在反饋端用于濾波[4]。
    AD2S1210的輸入信號SIN(COS)與SINLO(COSLO)兩者的典型壓差是3.15 Vp-p,，輸入的差分信號不能低于零電位,，設(shè)計使用REFOUT來偏置輸入差分信號，如圖5所示,。為了改善系統(tǒng)的噪聲性能,，必須對輸入模擬信號進行RC濾波(其截止頻率低于500 kHz)，并使用較短的雙絞屏蔽線對模擬信號進行保護,，屏蔽線端接至REFOUT[5],。

2.3 通信模式
    角位置和角速度用二進制數(shù)據(jù)表示,，可以通過一個16 bit并行接口或者一個時鐘速率最高為25 MHz的四線串行接口提取。AD2S1210利用片內(nèi)寄存器控制其可編程功能,。數(shù)據(jù)通過串行或并行接口寫入這些寄存器,。
    串行輸出使能引腳SOE處于高電平時，并行接口使能,；處于低電平時,，串行接口使能，引腳DB0～DB12進入高阻態(tài),。引腳DB13為串行時鐘輸入(SCLK),，引腳DB14為串行數(shù)據(jù)輸入(SDI)，引腳DB15為串行數(shù)據(jù)輸出(SDO),，WR/FSYNC為幀同步輸入,，具體接口如圖3所示。
    由于串行通信方式帶寬有限,，占用指令周期長,，實時性差，不符合高速電機系統(tǒng)要求,，故采用并行通信方式[6],。
3 系統(tǒng)中的應(yīng)用
    系統(tǒng)采用英飛凌最新的TriCore1782做為控制核心，TC1782集成具有4級流水線的高性能32 bit CPU,、完全集成的DSP功能,、多種總線、總線仲裁,、中斷控制器,、外設(shè)控制處理器、DMA控制器和單精度浮點單元(FPU),，并集成32路模擬輸入信號,，其全溫度工作頻率高達180 MHz。
    AD2S1210并行端口寫入時序圖如圖6所示,，當(dāng)SOE引腳處于高電平時,，選擇并行接口。片選引腳CS必須處于低電平才能使能該接口,。

    要從AD2S1210回讀位置和速度數(shù)據(jù),，首先應(yīng)當(dāng)利用SAMPLE輸入更新位置和速度寄存器中存儲的信息。當(dāng)SAMPLE輸入發(fā)生高電平至低電平轉(zhuǎn)換時,，數(shù)據(jù)將從位置和速度積分器傳輸?shù)轿恢煤退俣燃拇嫫?，故障寄存器也會在此時進行更新。A0和A1輸入的狀態(tài)決定是將位置數(shù)據(jù)還是速度數(shù)據(jù)傳輸至寄存器,。CS引腳必須保持低電平才能將所選數(shù)據(jù)傳輸至輸出寄存器,。最后,，利用RD輸入讀取輸出寄存器中的數(shù)據(jù)，并使能輸出緩沖器,。CS和RD保持低電平時,，輸出緩沖器使能；當(dāng)RD返回高電平時,，數(shù)據(jù)引腳也返回高阻態(tài),。如果用戶要連續(xù)讀取數(shù)據(jù)，可以在釋放RD開始的至少t20 ns后重新使能RD,。需要注意當(dāng)RD為低電平時,，WR/FSYNC輸入應(yīng)為高電平。
    ADI公司的RDC芯片AD2S1210分辨率可變,，支持10 bit,、12 bit、14 bit,、16 bit RD轉(zhuǎn)換,，內(nèi)置參考振蕩器，功能強大,，體積小,，適用范圍廣。
    本設(shè)計方案基于AD2S1210開發(fā)的電機解碼系統(tǒng)已在長城C20EV純電動汽車上投入適用,。該方案電路簡單可靠,，與英飛凌TC1782核心控制器、多摩川旋轉(zhuǎn)變壓器匹配良好,，取得了非常好的實際應(yīng)用效果,。
參考文獻
[1] 曲家騏，王季秩．伺服控制系統(tǒng)中的傳感器[M]．北京：機械工業(yè)出版社,，1999.
[2] 李耀海,，胡廣艷，郝瑞祥,，等.基于AU6802n1的旋轉(zhuǎn)變壓器信號接口電路的設(shè)計和應(yīng)用[J].電子設(shè)計應(yīng)用,，2006(2)：110-114.
[3] Analog Devices Ins.AD2S1210 data sheet[Z].2008.
[4] 李川，譚茀娃,，金如麟.電機控制專用DSP講座[J].微特電機，2001,，29(4)：43-45,，47.
[5] 熊光亮.AD2S82A在交流伺服控制中的應(yīng)用[J].電光系統(tǒng)，2004(2)：61-64.
[6] 崔軍,，溫旭輝,，張立偉.新型永磁同步電機控制用旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用[J].電機與控制應(yīng)用,，2005,32（8）：51-54.