關于電機位置傳感器的話題，下面兩個問題常被問起，在此稍作整理：

什么是“硬件解碼”？

什么是“軟件解碼”？

旋變位置傳感器存在6根引線接頭，分別為：輸入（勵磁+，勵磁-）,輸出（正弦+，正弦-，余弦+和余弦-）。

我們介紹的旋轉變壓器的計算公式，可知：

勵磁輸入：Ve=Esin(ωt)

正玄輸出：V1=K* Esin(ωt)*sinθ

余玄輸出：V2=K* Esin(ωt)*cosθ

其中，θ為旋變轉子角度；ω為勵磁載波頻率；E為勵磁輸入峰值電壓；K為轉換比例。

圖1. 旋轉變壓器各信號對應關系

1.旋變“硬件解碼”: 旋變-數字轉換芯片RDC

常規的解碼方案是采用旋變-數字轉換芯片RDC與旋轉變壓器傳感器直接相連，如圖2所示，在硬件上將旋轉變壓器輸出的模擬信號（正弦、余弦信號）進行解碼，得出旋變轉子的角位置信號和速度信號，此方案通熟地稱為“硬件解碼”。常用RDC芯片有AD2S90、AD2S1200、AU6802/ZSZ/XSZ-014等。

圖2. 旋變-數字轉換芯片RDC解碼架構

旋轉變壓器的信號在RDC芯片內轉換成數字數值：位置信息，并通過計算特定時間窗口內的脈沖數來確定速度。RDC解碼過程如圖2所示，振蕩器產生勵磁電壓（約8kHZ，10Vrms）供電給旋轉變壓器位置傳感器，而旋變輸出正、余弦信號在RDC芯片內經過余弦乘法器和正弦乘法器以及一個比較器后可得：

△V=K* E*sin(ω*t)*sinθ*cosβ- K* E*sin(ω*t)*cosθ*sinβ

    簡化后可知：

 △V=K* E*sin(ω*t)*sin(θ-β)

   其中，β為計數器對應的角度；

△V再進入同步整流器與勵磁信號進行解調，去除載波頻率ω，所得差值電壓信號與sin(θ-β)成正比例，即：

△V’=A* sin(θ-β)

△V’再進入積分器，當θ與β角度存在差值，積分器將輸出一個DC電壓信號，并輸入電壓控制振蕩器VCO而產生脈沖信號，最后進入向上/向下計算器。由正/余弦乘法器、同步整流器、積分器、電壓控制振蕩器、計算器和D/A轉換器形成了閉環控制系統，類似于鎖相環PPL。當θ與β角度的差值為0時，則計數器的數字值對應于旋轉變壓器位置傳感器輸出的角度模擬量，就此RDC芯片解碼完成。

在旋轉變壓器的連續旋轉過程中VCO產生脈沖，直到計數器的計數值對應于輸入時轉子角度的模擬值，即旋轉變壓器轉子角度的偏移量，同時，電壓控制振蕩器的頻率與旋轉變壓器轉子的轉速成正比，因此積分器的輸出電壓可以作為速度信號輸出。

**2. ****旋變“軟件解碼”: **數字信號處理與軟件技術

當前新能源汽車電驅動旋變解碼大都采用CPU處理器、FPGA/CPLD與軟件技術相結合的方式，相比于旋變-數字轉換芯片RDC解碼，主要基于以下幾點來考慮：

• 滿足功能安全需求ASIC；

• 降低成本，取消RDC芯片；

• 消除了速度的滯后效應，采用數字濾波器，用軟件實現帶寬的變換，以折中帶寬和分辨率的關系，并使帶寬作為速度的函數；

• 提高了抗環境噪聲的能力；

  下面將以一種基于滿足功能安全需求的數字處理器旋變軟件解碼架構為例來介紹旋變“軟件解碼”，如圖3所示。旋變輸出sin+/-、cos+/-信號經過“比較器”處理得到單端sin/cos信號，進入低通濾波，再進行AD轉換分別送入FPGA和CPU。
  FPGA會產生旋變的勵磁電壓信號，并處理sin/cos信號來計算轉子的角度和速度；同時，CPU也會處理sin/cos信號計算出轉子角度和速度，并與FPGA計算結果做校驗，另外，CPU還會監控FPGA對旋變的輸入/輸出信號的處理過程。

圖3.數字處理器旋變軟件解碼架構

利用Luenberger 觀測器計算轉子位置角度如圖4所示：

圖4.Luenberger 觀測器計算角度

圖5.Luenberge觀測器計算角度的信號對應關系

通過反正切算法計算出轉子角度，如圖6所示，用于對比校驗Luenberger 觀測器所計算出的轉子位置角度。