中心議題：

• 一種硬件細分方法的研究與應用

解決方案：

• 采取純硬件進行細分的方法
• 實現高倍頻細分

1　引　言

目前，各類伺服驅動器及其應用中廣泛采用光柵裝置作為速度測量

、位置測量的敏感元件。而且，廣泛采用兩路正交方波的形式
，係統的實時性要求極高。因此，對於光柵編碼器的信號的細分等主要處理環節，一方麵集中考慮提高分辨率的問題
，同時，需要考慮實時性的問題。

盡管高速單片機、DSP等deng高gao速su數shu字zi處chu理li器qi件jian的de應ying用yong可ke以yi極ji大da地di改gai善shan係xi統tong的de實shi時shi性xing，但dan是shi做zuo除chu法fa運yun算suan仍reng需xu較jiao長chang的de時shi間jian，大da約yue為wei幾ji百bai微wei秒miao，無wu法fa滿man足zu係xi統tong實shi時shi性xing的de要yao求qiu
，因yin此ci

，軟ruan件jian細xi分fen的de方fang法fa受shou到dao了le限xian製zhi。

muqian
，youhenduocaiquchunyingjianjinxingxifendefangfa，ru，dianzulianxifen，kongjianxifen
，suoxiangbeipin，haiyouliangzhongfangfadejieheshiyongdeng。shangshujizhongfangfazaishijiyingyongzhongbeiguangfancaiyong，tebieshidianzulianxifen
，zaidibeipindeqingkuangxiashiyizhonghenhaodefangan。danshizaigaobeipindeqingkuangxia，bukebimiandichuxiandaliangshiyongbijiaoqideqingkuang，yijibijiaoqisiqu（滯後區）問wen題ti，難nan以yi調tiao節jie。空kong間jian細xi分fen的de方fang法fa中zhong
，主zhu要yao解jie決jue的de問wen題ti是shi切qie割ge電dian平ping精jing準zhun的de問wen題ti，其qi中zhong的de三san角jiao波bo切qie割ge三san角jiao波bo的de方fang案an有you很hen多duo優you點dian，可ke以yi改gai變bian使shi用yong過guo零ling比bi較jiao造zao成cheng的de細xi分fen誤wu差cha。但dan是shi仍reng然ran存cun在zai大da量liang使shi用yong比bi較jiao器qi的de問wen題ti，調tiao節jie起qi來lai比bi較jiao繁fan瑣suo。鎖suo相xiang倍bei頻pin細xi分fen的de方fang法fa，一yi方fang麵mian，成cheng本ben較jiao前qian兩liang種zhong高gao，另ling一yi方fang麵mian
，受shou環huan境jing溫wen度du的de影ying響xiang比bi較jiao大da
，實shi際ji的de應ying用yong中zhong很hen少shao采cai用yong。本ben文wen從cong原yuan理li上shang考kao慮lv了le一yi種zhong新xin的de細xi分fen方fang案an
，使shi用yong取qu絕jue對dui值zhi，八ba卦gua限xian理li論lun
，利li用yongASIC器件（速度為納秒級）對信號進行邏輯運算和處理等一整套純粹硬件的信號細分方案
，並通過調試和實際應用，驗證了該方案的可行性。

2　細分原理及框圖

細分主要由以下幾個部分構成，取絕對值、提取卦限信號、A／D轉換
、查細分表、邏輯運算等。係統框圖如圖1所示。 濾波
、放大、整形電路對於輸入原始信號sinx、cosx進行初步處理，在幅值

、對稱性、正zheng交jiao性xing等deng方fang麵mian滿man足zu後hou續xu電dian路lu的de要yao求qiu。取qu絕jue對dui值zhi電dian路lu根gen據ju二er極ji管guan截jie止zhi導dao通tong特te性xing，並bing結jie合he基ji本ben運yun算suan放fang大da器qi的de基ji本ben工gong作zuo原yuan理li，設she計ji硬ying件jian電dian路lu
，使shi其qiuo＝｜ui｜輸出，實現對輸入信號的倍頻，兩路信號交錯形成八個卦區以及相應的卦限信號。

A／D轉換模塊對絕對值信號進行采樣轉化
，如圖2所示：模擬多路開關在卦限控製信號的作用下，對絕對值信號進行選擇

，其輸出分別作為A／D轉換的輸入信號和參考信號。A／D轉換受控於采樣控製信號
，其輸出數據與采樣時刻的相位信號對應。 如ru果guo將jiang該gai數shu據ju與yu相xiang位wei之zhi間jian的de對dui應ying關guan係xi用yong一yi張zhang表biao來lai描miao述shu
，就jiu是shi我wo們men所suo建jian立li的de細xi分fen表biao。但dan是shi由you於yu細xi分fen倍bei數shu的de不bu同tong，兩liang者zhe之zhi間jian並bing不bu是shi一yi一yi對dui應ying關guan係xi。
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3　硬件設計與調試

從原理上可以看出，該細分模塊的技術關鍵是比較器整形產生的卦限信號和A／D模(mo)塊(kuai)產(chan)生(sheng)的(de)地(di)址(zhi)信(xin)號(hao)必(bi)須(xu)同(tong)步(bu)，這(zhe)是(shi)能(neng)否(fou)正(zheng)確(que)細(xi)分(fen)的(de)關(guan)鍵(jian)。因(yin)此(ci)，在(zai)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)，比(bi)較(jiao)器(qi)的(de)滯(zhi)後(hou)及(ji)其(qi)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)是(shi)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)和(he)解(jie)決(jue)的(de)問(wen)題(ti)。在(zai)抗(kang)幹(gan)擾(rao)方(fang)麵(mian)，采(cai)用(yong)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)，可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)地(di)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)。考(kao)慮(lv)其(qi)滯(zhi)後(hou)問(wen)題(ti)，采(cai)用(yong)整(zheng)形(xing)電(dian)路(lu)與(yu)取(qu)絕(jue)對(dui)值(zhi)電(dian)路(lu)分(fen)離(li)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)各(ge)個(ge)運(yun)放(fang)的(de)直(zhi)流(liu)參(can)數(shu)，使(shi)得(de)卦(gua)限(xian)信(xin)號(hao)與(yu)絕(jue)對(dui)值(zhi)信(xin)號(hao)能(neng)夠(gou)近(jin)似(si)同(tong)步(bu)

，否(fou)則(ze)，產(chan)生(sheng)的(de)細(xi)分(fen)方(fang)波(bo)將(jiang)會(hui)在(zai)過(guo)零(ling)處(chu)變(bian)得(de)混(hun)亂(luan)。如(ru)圖(tu)3所示，對其中sinx信號取絕對值及整形，這樣一來，既方便了調試，也避免了幹擾及比較器的滯後問題。 邏輯控製電路及運算模塊主要完成對A／D轉換模塊的采樣控製、讀存儲器（細分表）、運算輸出細分正交方波等邏輯。整個模塊由FPGA來實現。外圍晶振提供10MHz的時鍾，由分頻模塊進行分頻
，實現周期為2μs（滿足係統最大500kHz的反饋要求）的脈衝列作為采樣控製信號。在A／D轉換模塊完成采樣轉換並且轉換結束信號／INT為低電平時

，此時，卦限信號及地址信號在存儲器的地址信號線上有效
，在FPGA內部經過邏輯判斷後，發出讀（／RD）命令。讀取的數據經鎖存後提供給後序運算模塊
，經判斷運算後輸出正交細分方波。

4　檢測及檢測結果 如圖4所suo示shi，我wo們men搭da建jian了le細xi分fen檢jian測ce硬ying件jian平ping台tai，由you標biao定ding係xi統tong一yi維wei平ping轉zhuan台tai和he同tong軸zhou的de圓yuan光guang柵zha編bian碼ma器qi構gou成cheng。數shu顯xian裝zhuang置zhi顯xian示shi了le標biao定ding轉zhuan台tai實shi際ji轉zhuan過guo的de角jiao度du，同tong時shi，主zhu機ji通tong過guo接jie口kou電dian路lu對dui細xi分fen方fang波bo進jin行xing計ji數shu並bing顯xian示shi
，經jing過guo多duo次ci測ce量liang，兩liang顯xian示shi值zhi之zhi間jian的de差chae≤1
，即，小於等於一個當量
，達到了設計目的。同時，通過伺服驅動的一維平轉台係統及檢測機構來定量地檢測分析細分誤差
，初始位置：3′26．3″，末位置：2′50．7″
，差值：3′26．3″－2′50．7″＝35．6″
，36．0″－35．6″＝0．4″，結果如表1所示。 5　結束語

采用純硬件的手段可以滿足係統實時性的要求，采樣速度為2μs。同時，采用該方法可以實現高倍頻細分，滿足大多數係統對於兩路正交反饋方波的需求
，可以在光柵編碼器信號處理中采用。