基于AD2S82A的天线方位角的数字变换的设计

　　
2 硬件电路设计
　　
利用AD2S82A丰富的片内资源及其灵活的外围电路设置，可设计出适用于不同雷达、不同用户需求的雷达方位角数字变换器，硬件电路构成如图3所示。该硬件电路系统由输入信号缓冲电路、AD2S82A及其外围电路、电源模块及读取和向上位机传送方位角数据的微处理器几部分构成。其中电源模块为微处理器及AD2S82A提供+5V数字电源，为AD2S82A及输入信号缓冲电路提供士12V电源。

图4为一种适用于具有旋转变压器的雷达方位角数字变换器的电原理图。与天线随动的旋转变压器使用400 Hz、115V交流激磁电压，输出最大90 V的sin和cos旋转角信号。数据分辨率采用12位，由8位单片机AT89C205l读取变换后的数据，并向上位机传送。AD2S82A的外围器件根据要求，按第3部分的方法选取并连接。经计算，在图5中它们的取值为：

系统的工作过程：从与雷达天线同步的旋转变压器来的115V、400 Hz激磁信号输入到由R1、R2、R2、R4及运放A1组成的衰减缓冲电路后。产生AD2S82A所需的2V(有效值)参考信号。同样，旋转变压器输出的sin和cos信号也经过相似的衰减缓冲电路，产生AD2S82A所需的2V(有效值)sin及cos信号。它们被连接到AD2S82A相应的输入端，经AD2S82A变换后，在其数据输出端产生与雷达天线方位角对应的二进制数字信号。
　　
由单片机读取方位角的二进制数字信号，并进行相应的转换处理，最后向上位机传送雷达天线的方位角度值。衰减缓冲电路中电阻值的选取，耍根据不同型号的旋转变压器选取不同的数值。每个运放输入端的齐纳二极管，是为了保护运放不被高压击毁。对于使用同步机的其他型号雷达，衰减缓冲电路应设计成斯考特电路或采用斯考特输入变压器。关于斯考特电路这里不作讨论。
　　
3 外围元件的连接及选择
　　
为了实现旋转角的数字变换，AD2S82A还需要一些外围辅助电路。这些电路的工作特性除了能够影响变换电路的整体动态特性外，甚至还能影响到电路的变换精度。因此，外围元件的选择显得格外重要。AD2S82A的外围电路连接如图5所示。

①Rl、C1、R2、C2构成HF滤波器。其作用是去除直流偏移并减小输入信号中噪声信号对相敏解调及输出数据的影响。它们的选择可根据如下公式计算：

fREF为参考信号的频率，单位为Hz。
　　②R4为DC误差信号的增益调整电阻。在选择好Rl和C2之后，R4应根据如下公式计算：

③R6是决定变换器电路最大跟踪速度的电阻。根据用户对最大跟踪速度的要求，由下式计算R6的值(注意，最大跟踪速度为每秒T转，不能大于参考信号频率的1／16)：

④C4、C5和R5构成闭环带宽(fBW)选择电路。对于400 Hz的参考信号，典型的带宽取值为100 Hz；对于5000 Hz的参考信号，典型的带宽取值为500～1000 Hz。要求该电路能确保参考信号的频率与带宽之比大于下列数值的要求：

式中：R6的单位为Ω，fBW的单位为Hz。
　　⑤R3和C3构成参考信号的交流耦合电路。为R3和C3选择适当的值，可使参考信号无相位偏移。这里R3=100kΩ。

⑥C6和R7构成VC0的相位补偿电路。它们的取值为：
　　C6=470pF，R7=68Ω
　　⑦R8和R9组成偏置调整电路，保证其所接输入端的直流电平为OV。它们的取值为：
　　R8=4.7 MΩ，R9为lMΩ的多圈电位器。

　　
4 软件设计
　　
电路中单片机89C2051的主要功能是读取AD2S82A产生的方位角二进制数字并经串口向上位机传送。其程序的主要模块包括：单片机及串口初始化、数据读取、数据转换及数据上报。注意：在设计数据读取程序时，由于采用了8位宽度的数据总线，所以在读取方位角数据时，应分两次读取，第一次读取高位，第二次读取低位数据。图6为单片机程序流程。读取方位数据的程序为：

　　
结语
　　
有高集成度的AD2S82A，体积小，灵活性强，大大方便了旋转角的数字变换。用它设计的旋转角数字变换电路，电路简单，转换精度高，工作稳定可靠，适用性强。另外，由于它还有模拟量信号的输出，还可应用于交流马达控制、过程控制和机器人等领域。