新型伪随机光电编码器芯片的研究与设计

发布时间：2020-07-26 22:08

【摘要】：光电轴角编码器也被称为光电角位移编码器,属于数字化的现代角度测量仪器,具有精度高、体积小等特点,因此被广泛应用在现代化工业、国防等领域,拥有远比其它传感器更广阔的使用场景。随着市场对光电编码器性能提出越来越高要求,研制出新型集成化程度更高、精度更高的光电编码器,具有十分重要的科研和实用意义。绝对式光电编码器因其实时输出绝对位置的优势,已成为光电编码器研究中的重要方向。本文提出一种新型、基于伪随机编码的绝对式光电编码器芯片设计,可以有效解决传统绝对式编码器精度与大小无法兼顾的问题,设计完成了编码器芯片的研发,并搭建了测试系统,最终完成了芯片的测试工作。芯片设计的理论基础是摩尔条纹理论和伪随机编码理论,它不同于传统设计中单独采用一种编码的方式,设计中利用伪随机编码与基于摩尔条纹的增量编码理论,通过细分及系统设计相结合,在不增加编码器芯片尺寸的前提下,大幅度提升了新型伪随机编码器的分辨率。在芯片实际设计中,以芯片整体架构为核心,利用系统中增量与绝对信号链路的特点,分模块完成了芯片内部的电路设计、版图设计和验证工作。最终对设计的芯片进行了流片,并详细给出了芯片测试的相关工作与流程,测试结果表明,编码器芯片的分辨率达到19bit,电学响应频率大于200k Hz,电流消耗小于100m A,达到设计要求。本文的原创性工作包括:提出一种新型的绝对式光电编码器理论,具体论证了其理论基础与系统设计;设计了新型编码器的芯片架构,依据芯片内部信号链路的特点,合理规划芯片布局,完成芯片设计工作;芯片采用0.35μm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)标准工艺流片,实际尺寸为5×3mm2,完成芯片测试工作,最终光电编码器分辨率达到19bit,达到实用化要求。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN762

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 丁宁;李海彬;彭乐立;余芝帅;常玉春;;小型光电编码器细分芯片的设计[J];吉林大学学报(工学版);2016年02期

2 芮执元;李特;雷春丽;胡赤兵;;高速电主轴中的离心现象及其影响[J];中国机械工程;2015年21期

3 王显军;;大型望远镜测角系统误差的修正[J];光学精密工程;2015年09期

4 刘萌;马奎;刘娇;傅兴华;;逐次逼近(SAR)模数转换器进展[J];电子设计工程;2015年15期

5 左洋;龙科慧;刘金国;刘兵;周磊;乔克;;非均匀采样莫尔条纹信号的分析与处理[J];光学精密工程;2015年04期

6 于海;万秋华;杜颖财;王树洁;卢新然;;光电编码器动态检测转台的空间矢量力矩合成驱动系统[J];光学精密工程;2014年04期

7 冯英翘;万秋华;孙莹;赵长海;杨守旺;;小型光电编码器的高分辨力细分技术[J];红外与激光工程;2013年07期

8 常丽;许会;修国一;;基于相关和最小二乘原理的光栅栅距动态测量[J];仪器仪表学报;2013年05期

9 孙强;;高精度绝对式光栅尺研究进展及技术难点[J];世界制造技术与装备市场;2012年05期

10 王显军;;光电轴角编码器细分信号误差及精度分析[J];光学精密工程;2012年02期

相关博士学位论文 前1条

1 乔栋;高精度绝对式光栅尺测量技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

相关硕士学位论文 前7条

1 刘耀;高精度微型绝对式光电编码器的关键技术[D];大连海事大学;2014年

2 陶仁浩;基于增量式光电编码器的高精度位置检测技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

3 杨静;基于锥形光栅的高分辨率绝对式光学编码器[D];浙江大学;2010年

4 彭雨;基于FPGA的绝对式光电编码器通信接口研究[D];华中科技大学;2008年

5 贺宁;64位微处理器中数据缓存的设计与实现[D];同济大学;2007年

6 王阳;基于单码道绝对位置编码的光电式轴角编码器[D];北京交通大学;2007年

7 潘海锋;总级多功能漏电保护芯片的全定制设计[D];浙江大学;2006年

本文编号：2771357