作者/李诗念 英飞凌集成电路(北京)有限公司（北京 100176）
1 RDC的根本原理
从本质上来讲，旋转变压器便是一个一次侧绕组和二次侧绕组能够相对旋转的变压器，这也是它姓名的由来。如图1所示，R1-R2为一次侧绕组为励磁绕组，需求通以图1(b)中的第三个信号。S1-S2和S2-S4为二次侧绕组别离为正弦绕组和余弦绕组，当转子旋转的时分，他们输出正弦调制和余弦调制的信号(图1(b)中第一个和第二个信号)。
当旋转变压器的鼓励信号是
， 那么旋转变压器的输出能够描绘为：
依据这个公式，能够很简单的得到转子的视点核算公式：
这便是RDC的根本公式。
图1 旋转变压器及其信号
2依据英飞凌AURIX的RDC计划
2.1 AURIX简介
AURIX是英飞凌推出的满意未来几代车辆的车用多核单片机系列，其多核架构包括多达3颗独立32位TriCore处理核，可满意业界最高安全规范ASIL D。AURIXTM宗族为了满意不同的运用和功能需求，相同供给了不同数量的核和不同外设，例如在高端的芯片中有直接用于RDC的DSADC模块，但在低端芯片中就没有。AURIXTM系列单片机具有丰厚的硬件资源接口和外设，强壮的核算才能和全面的安全确诊，推进着轿车电子工业的开展[4]。AURIXTM有多种通讯接口，例如MultiCan+, ASCLIN, QSPI, EtherMAC, E-Ray等，有多个PWM发生单元例如GTM，CCU6，有不同ADC模块VADC和DSADC，综多安全机制模块例如IOM，HSM，FCE等。AURIXTM的主频高达200 MHz, 具有高功能浮点运算，集成硬件除法单元等。
2.2 RDC的解决计划
针对RDC这一运用，AURIX有多种完结计划，其间最为直接的便是运用DSADC是完结的RDC。但在AURIX的大宗族中，DSADC只存在于高端的一些类型之中，而其他一些的芯片比如TC23x, TC22x, TC21x等就没有DSADC，那么本文所述的用VADC完结的办法将是一个非常好的挑选，而这个办法相同适用于那些高端的芯片。
图2 用VADC完结的RDC计划
如图2所示，外设GTM-TOM模块有两个作用。首要，TOM子模块发生旋转变压器鼓励信号需求的SPWM信号，而这个SPWM的周期事情会触发DMA操控器更新TOM子模块通道的正弦信号比较值，这两个模块一起作用发生了SPWM信号。其次，TOM子模块发生与旋转变压器鼓励信号同频的周期信号，这一信号触发VADC去对旋转编码器的反应信号进行采样。
TOM子模块的结构如图3(a)所示。GTM中有两个TOM(0/1)模块，每个TOM模块有15个通道，这15个通道分为两个区，别离为两个操控单元TGC0和TGC1所操控。当要发生一个PWM时，首要需求要一个通道作为时钟计数器，这今后的通道能够作为PWM发生的通道。在这个运用中，咱们需求两路PWM，一路作为发生正弦鼓励信号的正半周信号，另一路作为正弦鼓励信号的负半周信号。这两路PWM信号只需一个根底时钟计数器，但这儿为了运用愈加灵敏，给每一路PWM设定了一个根底时钟计数器。如图3(b)所示的比如，TOM0的CH0作为SPWM+的根底时钟，其周期事情触发DMA更新后边的CH2的比较值，然后发生SPWM+;TOM0的CH10作为SPWM-的根底时钟，其周期事情触发DMA更新后边的CH12的比较值，然后发生SPWM-。而CH5作为VADC采样触发信号的根底时钟计数器，能够调理CH6的比较值然后改动旋转变压器反应信号的采样点。
图3 在运用中的GTM-TOM架构和组织
DMA主要是用来更新发生SPWM的比较值。DMA是经过DMA操控器办理数据和地址，经过事前设定好的源地址和意图地址以及数据传送的方法，将数据从源主动传送到意图地址，而不需求CPU的接入，然后削减CPU的担负。DAM的结构如图4(a)所示，DAM的通道数高达64个，在低端芯片中也有16个通道。在RDC这个运用中，为了运用的灵敏性，用CH0的周期事情触发DMA的通道10更新CH2 的比较值，用CH10的周期事情触发DMA的通道9更新CH12的比较值，而这些比较值的来历是预先树立的正弦值数组。
图 4 DMA 架构及作业流程
VADC模块是逐次迫临型数模转化器，它支撑5V和3.3V两种电压，多达8个独立转化器，每个转化器有8个通道，并且支撑多个转化器同步作业，转化时刻可调，在确保精度状况下，转化时刻在1微秒以内，转化成果可挑选8位，10位和12位，转化成果还支撑FIR和IIR滤波。在这个运用中，TOM0的CH6的比较事情触发了VADC的采样，这个采样的频率跟之前旋转变压器的鼓励信号同频，都为10 kHz。为了使得采样的噪声更小，一致性更好，采样点设置在正弦调制信号的载波信号的顶部或许底部，经过调整CH6 的SR0的值，就能够完结这一意图。
图5 旋转变压器及其信号
2.3模仿扩大电路规划
用于旋转变压器鼓励信号的扩大电路如图6所示。这是一个闭环的扩大电路，能够有用去除鼓励信号中高频脉冲噪声，电路中电阻R22, R23和R26, R33能够别离调理鼓励信号正负半周的直流偏移量，而电阻R5, R6和R30, R31能够别离用来调理鼓励信号正负半周的幅值。
图6 鼓励信号的扩大电路
当旋转变压器一次侧绕组输入鼓励信号今后，二次侧绕组就会输出以鼓励信号为载波信号的正余弦调制信号。为了按捺搅扰，这两路信号是都是差分方式，而AURIX的VADC的输入是单端输入形式，所以需求一个差分转单端的运算扩大电路。这个电路还能够调理输入信号的电压规模，并且能够进一步对信号进行滤波，然后使得整个转化器的作用更好。电路中R21和R25 能够用来调理输入信号的直流偏置量，R8, R9, R15和R34, R39, R40则能够调理信号的幅值，使之满意ADC的输入规模要求。
图7 差分到单端运放电路
3 RDC算法及仿真
当VADC转化完结今后发生一个中止，AURIX的核TriCore履行RDC的软件算法。RDC的算法如下图所示，首要从VADC的成果寄存器读取ADC的转化成果，这些值正是旋转变压器输出调制信号的包络线——两条正交的正弦曲线。因为模仿器材的差错，信号会呈现直流信号位移误差，幅值巨细也不一致，所以第二步进行了位移和幅值的校对。然后是正余弦值的一个除法，并依据正余弦值的正负特性核算横竖切值，其便是旋变转子的方位视点。但这个成果中耦合许多的噪声，不能够直接用来操控电机，否则会严重影响电机的功能。为了使得视点信号愈加的滑润，加入了一个视点观测器，如图(6b)所示，其本质便是一个PID操控器。
图8 RDC算法框图
为验证软件算法的功能，将整个算法在MATLAB进行了仿真，如下图所示。图中既有阶跃信号输入，也有接连旋变信号输入，并且加入了2%的白噪声。
图9 RDC算法仿真框图
仿真成果如下图所示，左面的图是180°的阶跃呼应，呼应时刻约为20ms。右边图是视点观测器的成果，紫色的线是横竖切函数的成果，黄色线是视点观测器的输出，能够看出，视点观测器的成果比之前的成果要滑润许多。
图10 仿真成果
4 试验和定论
图11 (a)显现了AURIX芯片输出的SPWM信号，图11(b)这种，黄色的正弦信号便是旋变的鼓励信号，而蓝色和紫色正是差分转单端运放的输出信号，信号正弦度高且噪声很小。
图11 仿真成果
如前面所述，视点观测器的功能至关重要。下图是本案所规划的观测器180°的阶跃呼应。横坐标每个数字量为0.1ms, 纵坐标单位是rad，能够看出180°的呼应时刻约为20ms。这个功能完全能够对抗市场上的RDC IC。
图12 RDC算法仿真框图
考虑到轿车范畴的实践运用状况，本案中截止频率设置到1kHz。下图是旋转变压器转速为960Hz的状况，上面部分为校对今后的正交信号，下面部分是解码出来的视点方位信号，其间赤色的横竖切函数的输出，绿色的是观测器的输出。能够看出高速时，信号的并没有呈现相位滞后的状况，信号也很润滑。
图13 RDC算法仿真框图
当运用软件进行RDC算法核算的时分，一个很大的忧虑便是CPU的负载量，究竟视点解算仅仅操控器作业的很小一部份内容。本案的芯片是TC234，CPU主频为133MHz,下面一张图展现了CPU的运算时刻。 如图所示，蓝色和紫色曲线为VADC的输入(旋转变压器输出的正交信号)，在其峰值点进行的采样转化，之后进入中止进行解码运算。黄色曲线的上升沿为核算开端，下降沿为核算完毕，总的核算时刻约为1.4us，用时很短，完全能够满意各种运用要求。
图14 RDC算法仿真框图
综上所述，依据AURIX的RDC的解决计划，不只信号特质优秀，并且降低了所触及的硬件体系本钱。在轿车领用范畴，这一软件解决计划完全能够能够替代已有的RDC %&&&&&%的计划，既提高了体系的可靠性并且降低了体系的本钱。
参考文献：
[1]Resolver to Digital Conversion Using the DSADC, AP32270, www.infineon.com
[2]Chris Li, RDC design based on TC1782, PCIM, 2014
[3]TC21x/TC22x/TC23x Family user manual, V1.1, 2014-12, www.infineon.com
[4]谢辉,徐辉.英飞凌多和单片机运用技术—AURIXTM三天入门篇[D],天津：天津大学出版社,2017,9.
[5]Evaluation Kit for Applications with HybridPACK™2 Module, www.infineon.com
