本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種線性化直接數(shù)字化裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、角位置傳感器在多個(gè)重要領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，gmr和tmr的傳感器因其緊湊、堅(jiān)固、低功耗、高靈敏度和非接觸式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，但它們的輸出與輸入角度呈非線性關(guān)系?，F(xiàn)有多種接口電路難以將其具有非線性特征的輸出信號(hào)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為全范圍線性信號(hào)，現(xiàn)有的線性化手段如分段線性化精度欠佳，諸多電路工作范圍受限。另外，現(xiàn)有技術(shù)受相位誤差影響大，在正交振蕩器存在相位誤差時(shí)，會(huì)產(chǎn)生顯著的輸出誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種線性化直接數(shù)字化裝置和方法，主要目的在于解決目前存在針對(duì)角位置傳感器在正交振蕩器存在相位誤差時(shí)，會(huì)產(chǎn)生顯著的輸出誤差導(dǎo)致的轉(zhuǎn)動(dòng)角度檢測(cè)不精準(zhǔn)的問(wèn)題。

2、為解決上述問(wèn)題，本技術(shù)提供一種線性化直接數(shù)字化裝置，包括：

3、一種線性化直接數(shù)字化裝置，與監(jiān)測(cè)目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的隧道磁阻角位置傳感器的輸出端電連接，包括：

4、求和放大器，所述求和放大器的輸入端與所述隧道磁阻角位置傳感器的輸出端電連接，所述求和放大器用于接收所述隧道磁阻角位置傳感器的角度模擬信號(hào)，并對(duì)所述角度模擬信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算處理，生成第一角度模擬信號(hào)；

5、差分放大器，所述差分放大器的輸入端與所述隧道磁阻角位置傳感器的輸出端電連接，所述差分放大器用于接收所述隧道磁阻角位置傳感器的所述角度模擬信號(hào)，并對(duì)所述角度模擬信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算處理，生成第二角度模擬信號(hào)；

6、直接數(shù)字鑒相器，所述直接數(shù)字鑒相器的輸入端與所述求和放大器的輸出端、所述差分放大器的輸出端、所述隧道磁阻角位置傳感器的輸出端以及用于激勵(lì)所述隧道磁阻角位置傳感器的正交振蕩器的第一輸出端電連接，用于接收所述第一角度模擬信號(hào)、所述第二角度模擬信號(hào)、所述隧道磁阻角位置傳感器輸出的第三角度模擬信號(hào)以及所述正交振蕩器的第一輸出端輸出的第四角度模擬信號(hào)，并基于所述第一角度模擬信號(hào)、所述第二角度模擬信號(hào)、所述第三角度模擬信號(hào)以及所述第四角度模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，得到表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的數(shù)字信號(hào)。

7、可選的，所述求和放大器的第一輸入端與所述差分放大器的負(fù)極輸入端、所述隧道磁阻角位置傳感器的第一輸出端以及所述直接數(shù)字鑒相器的第一輸入端電連接，所述求和放大器的第二輸入端與所述隧道磁阻角位置傳感器的第二輸出端電連接，所述求和放大器的輸出端與所述直接數(shù)字鑒相器的第二輸入端電連接；

8、所述差分放大器的正極輸入端與所述求和放大器的第二輸入端、所述隧道磁阻角位置傳感器的第二輸出端以及所述直接數(shù)字鑒相器的第三輸入端電連接，所述差分放大器的輸出端與所述直接數(shù)字鑒相器的第四輸出端電連接。

9、可選的，所述直接數(shù)字鑒相器包括信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和信號(hào)處理模塊；

10、所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊包括第一比較器、第二比較器、第三比較器以及第四比較器，所述第一比較器的正極輸入端與所述差分放大器的輸出端電連接，所述第一比較器的負(fù)極輸入端與接地端電連接，所述第一比較器的輸出端與所述模擬開(kāi)關(guān)控制單元的第一模擬開(kāi)關(guān)的第一端和所述觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)輸入端電連接，所述第一比較器用于接收所述第二角度模擬信號(hào)，并對(duì)所述第二角度模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換生成第一角度脈沖信號(hào)；

11、所述第二比較器的正極輸入端與所述隧道磁阻角位置傳感器的第一輸出端電連接，所述第二比較器的負(fù)極輸入端與所述接地端電連接，所述第二比較器的輸出端與所述模擬開(kāi)關(guān)控制單元的第一模擬開(kāi)關(guān)的第二端電連接，所述第二比較器用于接收所述第三角度模擬信號(hào)，并對(duì)所述第三角度模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換生成第二角度脈沖信號(hào)；

12、所述第三比較器的正極輸入端與所述正交振蕩器的第一輸出端電連接，所述第三比較器的負(fù)極輸入端與所述接地端電連接，所述第三比較器的輸出端與所述模擬開(kāi)關(guān)控制單元的第二模擬開(kāi)關(guān)的第一端電連接，所述第三比較器用于接收所述第四角度模擬信號(hào)，并對(duì)所述第四角度模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換生成第三角度脈沖信號(hào)；

13、所述第四比較器的正極輸入端與所述求和放大器的輸出端電連接，所述第四比較器的負(fù)極輸入端與所述接地端電連接，所述第四比較器的輸出端與所述模擬開(kāi)關(guān)控制單元的第二模擬開(kāi)關(guān)的第二端和所述觸發(fā)器的時(shí)鐘端電連接，所述第四比較器用于接收所述第一角度模擬信號(hào)，并對(duì)所述第一角度模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換生成第四角度脈沖信號(hào)。

14、可選的，所述信號(hào)處理模塊包括模擬開(kāi)關(guān)控制單元、異或門計(jì)算單元、控制與邏輯單元以及觸發(fā)器；

15、所述模擬開(kāi)關(guān)控制單元的第一模擬開(kāi)關(guān)的第三端以及所述模擬開(kāi)關(guān)控制單元的第二模擬開(kāi)關(guān)的第三端與所述異或門計(jì)算單元的輸入端電連接，所述第一模擬開(kāi)關(guān)用于接收所述控制與邏輯單元發(fā)出的第一控制信號(hào)，并基于所述第一控制信號(hào)對(duì)所述第一角度脈沖信號(hào)和所述第二角度脈沖信號(hào)進(jìn)行選擇得到第一目標(biāo)角度脈沖信號(hào)，并將所述第一目標(biāo)角度脈沖信號(hào)傳送給所述異或門計(jì)算單元，所述第二模擬開(kāi)關(guān)用于接收所述控制與邏輯單元發(fā)出的第二控制信號(hào)，并基于所述第二控制信號(hào)對(duì)所述第三角度脈沖信號(hào)和所述第四角度脈沖信號(hào)進(jìn)行選擇得到第二目標(biāo)角度脈沖信號(hào)，并將所述第二目標(biāo)角度脈沖信號(hào)傳送給所述異或門計(jì)算單元；

16、所述異或門計(jì)算單元的輸出端與所述控制與邏輯單元的輸入端電連接，所述異或門計(jì)算單元接收所述第一目標(biāo)角度脈沖信號(hào)和所述第二目標(biāo)角度脈沖信號(hào)，并基于所述第一目標(biāo)角度脈沖信號(hào)和所述第二目標(biāo)角度脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，得到表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的初始角度值，并將所述初始角度值傳送給所述控制與邏輯單元；

17、所述觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)輸出端與所述控制與邏輯單元的觸發(fā)信號(hào)接收端電連接，所述觸發(fā)器基于接收到的所述第一角度脈沖信號(hào)和所述第四角度脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，得到觸發(fā)信號(hào)，并將所述觸發(fā)信號(hào)發(fā)送給所述控制與邏輯單元；

18、所述控制與邏輯單元的第一控制信號(hào)輸出端與所述第一模擬開(kāi)關(guān)的第三端電連接，用于發(fā)出第一控制信號(hào)控制所述第一模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換動(dòng)作；所述控制與邏輯單元的第二控制信號(hào)輸出端與所述第二模擬開(kāi)關(guān)的第三端電連接，用于發(fā)出第二控制信號(hào)控制所述第二模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換動(dòng)作，所述控制與邏輯單元用于基于所述初始角度值和所述觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，得到目標(biāo)角度值，所述控制與邏輯單元的輸出端與顯示裝置電連接，用于輸出表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的目標(biāo)角度值。

19、為解決上述問(wèn)題本技術(shù)提供一種線性化直接數(shù)字化方法，應(yīng)用于所述線性化直接數(shù)字化裝置，包括：

20、所述線性化直接數(shù)字化裝置的所述求和放大器接收所述隧道磁阻角位置傳感器輸出的所述角度模擬信號(hào)，并對(duì)所述角度模擬信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算處理，生成第一角度模擬信號(hào)；

21、所述線性化直接數(shù)字化裝置的所述差分放大器接收所述隧道磁阻角位置傳感器的所述角度模擬信號(hào)，并對(duì)所述角度模擬信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算處理，生成第二角度模擬信號(hào)；

22、所述線性化直接數(shù)字化裝置的所述直接數(shù)字鑒相器接收所述第一角度模擬信號(hào)、所述第二角度模擬信號(hào)、所述隧道磁阻角位置傳感器輸出的第三角度模擬信號(hào)以及所述正交振蕩器的第一輸出端輸出的第四角度模擬信號(hào)，并基于所述第一角度模擬信號(hào)、所述第二角度模擬信號(hào)、所述第三角度模擬信號(hào)以及所述第四角度模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，得到表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的數(shù)字信號(hào)。

23、可選的，所述基于所述第一角度模擬信號(hào)、所述第二角度模擬信號(hào)、所述第三角度模擬信號(hào)以及所述第四角度模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，得到表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的數(shù)字信號(hào)，具體包括：

24、采用所述直接數(shù)字鑒相器的信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)所述第一角度模擬信號(hào)、所述第二角度模擬信號(hào)、所述第三角度模擬信號(hào)以及所述第四角度模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，生成與所述第一角度模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)的第四角度脈沖信號(hào)、與所述第二角度模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)的第一角度脈沖信號(hào)、與所述第三角度模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)的第二角度脈沖信號(hào)以及與所述第四角度模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)的第三角度脈沖信號(hào)；

25、所述直接數(shù)字鑒相器的信號(hào)處理模塊接收所述第一角度脈沖信號(hào)、所述第二角度脈沖信號(hào)、所述第三角度脈沖信號(hào)以及所述第四角度脈沖信號(hào)，并基于所述第一角度脈沖信號(hào)、所述第二角度脈沖信號(hào)、所述第三角度脈沖信號(hào)以及所述第四角度脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，得到表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的數(shù)字信號(hào)。

26、可選的，所述直接數(shù)字鑒相器的信號(hào)處理模塊接收所述第一角度脈沖信號(hào)、所述第二角度脈沖信號(hào)、所述第三角度脈沖信號(hào)以及所述第四角度脈沖信號(hào)，并基于所述第一角度脈沖信號(hào)、所述第二角度脈沖信號(hào)、所述第三角度脈沖信號(hào)以及所述第四角度脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，得到表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的數(shù)字信號(hào)，具體包括：

27、所述信號(hào)處理模塊的控制與邏輯單元發(fā)出第一控制信號(hào)控制第一模擬開(kāi)關(guān)切換到第一端導(dǎo)通的同時(shí)控制與邏輯單元發(fā)出第二控制信號(hào)控制第二模擬開(kāi)關(guān)切換到第一端導(dǎo)通，以接收所述第一角度脈沖信號(hào)和所述第四角度脈沖信號(hào)；

28、基于所述第一角度脈沖信號(hào)和所述第四角度脈沖信號(hào)進(jìn)行均值計(jì)算處理，得到表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的初始角度值；

29、所述信號(hào)處理模塊的控制與邏輯單元發(fā)出第一控制信號(hào)控制第一模擬開(kāi)關(guān)切換到第二端導(dǎo)通的同時(shí)控制與邏輯單元發(fā)出第二控制信號(hào)控制第二模擬開(kāi)關(guān)切換到第二端導(dǎo)通，以接收所述第二角度脈沖信號(hào)和所述第三角度脈沖信號(hào)；

30、基于所述第二角度脈沖信號(hào)、所述第三角度脈沖信號(hào)以及所述初始角度值采用所述信號(hào)處理模塊的異或門計(jì)算單元進(jìn)行計(jì)算處理，得到角度位置脈沖信號(hào)；

31、基于所述第一角度脈沖信號(hào)、所述第四角度脈沖信號(hào)以及所述初始角度值采用所述信號(hào)處理模塊的觸發(fā)器進(jìn)行信號(hào)處理，得到觸發(fā)信號(hào)；

32、基于所述角度位置脈沖信號(hào)、所述觸發(fā)信號(hào)和所述初始角度值采用所述信號(hào)處理模塊的控制與邏輯單元進(jìn)行計(jì)算處理，得到表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的數(shù)字信號(hào)。

33、可選的，所述基于所述第一角度脈沖信號(hào)和所述第四角度脈沖信號(hào)進(jìn)行均值計(jì)算處理，得到表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的初始角度值，具體包括：

34、基于所述第一角度脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，得到所述第一脈沖信號(hào)與正交振蕩器的第五角度模擬信號(hào)之間的第一相位差；

35、基于所述第四角度脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，得到所述第四脈沖信號(hào)與正交振蕩器的第五角度模擬信號(hào)之間的第二相位差；

36、基于所述第一相位差和所述第二相位差進(jìn)行計(jì)算處理，得到目標(biāo)對(duì)象的模擬轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

37、基于所述模擬轉(zhuǎn)動(dòng)角度采用第一目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理，得到表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的初始角度值。

38、可選的，所述基于所述第二角度脈沖信號(hào)、所述第三角度脈沖信號(hào)以及所述初始角度值采用所述信號(hào)處理模塊的異或門計(jì)算單元進(jìn)行計(jì)算處理，得到角度位置脈沖信號(hào)，具體包括：

39、基于所述初始角度值對(duì)第一區(qū)間范圍進(jìn)行篩選，確定第一目標(biāo)角度區(qū)間；

40、將所述第一目標(biāo)角度區(qū)間對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)確定為所述角度位置脈沖信號(hào)。

41、可選的，所述基于所述角度位置脈沖信號(hào)、所述觸發(fā)信號(hào)和所述初始角度值采用所述信號(hào)處理模塊的控制與邏輯單元進(jìn)行計(jì)算處理，得到表征所述目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)角度的數(shù)字信號(hào)，具體包括：

42、基于所述初始角度值對(duì)第二區(qū)間范圍進(jìn)行篩選，確定第二目標(biāo)角度區(qū)間；

43、將所述第二目標(biāo)角度區(qū)間對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)確定為所述觸發(fā)信號(hào)。

44、本技術(shù)中的有益效果：本技術(shù)的用于隧道磁阻角位置傳感器的線性化數(shù)字化裝置能將隧道磁阻角位置傳感器輸出的具有正弦和余弦特性的角度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為在360°范圍內(nèi)呈線性變化的角度數(shù)字信號(hào)輸出，其性能受用于傳感器激勵(lì)的二次振蕩器的相位誤差影響極小。最差情況下的非線性度在各種可能的相位誤差值下均保持在0.08％以內(nèi)。本技術(shù)將線性化數(shù)字化裝置與所開(kāi)發(fā)的隧道磁阻角位置傳感器相連接，可降低輸出信號(hào)的非線性度，且對(duì)相位誤差依賴性極小。

45、上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式。