• 具有一定相位差的两路方波信号 • 在一个周期内有2个上升沿和2个下降沿
–通过对输入信号的2个上升沿和2个下降沿的处理实 现细分
–根据两路方波信号的相对导前和滞后关系辨别方向
（一）单稳四细分辨向电路
–利用单稳电路提取两路方波信号的边沿实现四细分
四细分
u3 u1 u4 u2
& A′
R1
C1
第七章 信号细分与辨向电路
§7.1 直传式细分电路
–四细分辨向电路 –电阻链分相细分 –微型计算机细分 –只读存储器细分
§7.2 平衡补偿式细分
功能
• 提高分辨力
• 对周期性测量信 号进行插值
• 识别运动方向
• 识别测量信号的 相位
–相位跟踪细分
–幅值跟踪细分
–脉冲调宽型幅值跟踪细分
–频率跟踪细分——锁相倍频细分
• 1、原理
–输入信号
• SIN、COS信号
–将SIN、COS信号施加在电阻链两端
• 在电阻链接点上得到不同相位与幅度的信号
–整形
• 在输入信号的一个周期中得到若干计数脉冲信号
u2
R2
uo
R1
u1
u2
u2
R2
uo
uo
ER1
R1 R2
φ
R1
u1
u1
a）原理图
ER2 R1 R2
b）矢量图
设电阻链由电阻R1和R2串联而成，电阻链两端加有交流电压u1、 u2，其中，u1=Esint，u2=Ecost
• 抗干扰能力差、精 度较低
• 来自（位移）传感器，多为一对SIN、COS信号或相移为90°的方
波信号
m
–输出
xo K s xi K sj x j
• 频率更高的脉冲信号或模拟信号
j 1
• 数字信号
–灵敏度（传递函数）
• Ksj: xo对⊿xj的灵敏度
• Ks=K1K2K3…Km ——越靠前的环节对输出的影响越大
A0~A7*
D0~D11（15）
SEL
D0~D7
INH
OE
SEL OE
禁止逻辑
*HCTL－2000中A4~A7接地
二、电阻链分相细分
• 主要实现对正余弦模拟信号的细分
• 工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端， 在电阻链的接点上得到幅值和相位各不相同的 电信号。这些信号经整形、脉冲形成后，就能 在正余弦信号的一个周期内获得若干计数脉冲， 实现细分
• 广泛，特别是输入信号频率
• 逻辑控制电路
较高的场合
–硬件查表
• 几十千赫兹～上百千赫兹
• 将两路输入信号经模/数转换的结果（8位数字量）作为地 址信号选通相应的存储单元，输出固化的一个周期内的细 分数值
–整周期的计数
• 通过对细分锁存器最高两位（D7D6）的处理实现
整周期的计数通过对细分锁存器最
| tan | | Asin | | u1 | | A cos | | u2 |
cot Acos u2 Asin u1
• 在1、4、5、8卦限 内计算tan值
• 在2、3、6、7卦限 内计算cot值
• tan值与cot值均在 0～1之间变化
• 使用查表的方法实现细分
• 在存储器中固化一个表，存储一个卦限内（45°）N个tan值 • 微机在表中查找与计算出的tan或cot最接近的存储单元，进
f) 使d前移
加脉冲
图: 加减脉冲改变d 原理图
Ux f0
S D
C R
DF
n/2分频器
&
n/4分频器
DG1 相对相位基准
二分频器 Ud
&
&
Uc
Fx
Ms
DG2
DG3
去数显电路
Ux
移相脉冲门
图: 相对相位基准与移相脉冲
4．测量速度
动态测量时（指在部件移动过程中就要读 出它的位移），为使测量速度引起的误差不超 过一个细分脉冲当量，就要求在一个载波周期 内相位角的变化不超过一个细分脉冲当量，即
2、电阻链五倍细分电路
• 组成
• 电阻移相网络 • 给出10路移相信号
• 比较器 • 将正弦信号转换为方 波信号 • 一般采用施密特触发 电路的形式
• 逻辑电路 • 得到2路相位差90°的 5倍频方波信号 • 异或门组合电路
串并联联式式
电压比较器一般接成施密特触发电路的形式， 使其上升沿和下降沿的触发点具有不同的触发电平， 这个电平差称为回差电压。让回差电压大于信号中 的噪声幅值，可避免比较器在触发点附近因噪声来 回反转，回差电压越大，抗干扰能力越强。但回差 电压的存在使比较器的触发点不可避免地偏离理想 触发位置，造成误差，因此回差电压的选取应该兼 顾抗干扰和精度两方面的因素。
和细分电路的设计时往往要综合考虑辨向的问题。)
• 分类：
按工作原理，可分为直传式细分和平衡补偿式细分。 按所处理的信号可分为调制信号细分电路和非调制信号细分
电路。
第一节 直接式细分电路
xi K1
△x1
x1 K2 x2
xo Km
直接式细分原理图
开环系统
• 由若干环节串联而成
–输入
• 结构简单、响应快
V W 或 fn
V Wf n
式中，V为测量速度；f为载波信号频率；n为细分数；W为
标尺节距。
2π V
fW V
四、频率跟踪细分——锁相倍频细
鉴相器
环路滤波器 Uc 压控振荡器
fi
DG3
单
1
稳A
Ā′
&
四 细• 分 辨
当 电阻A发R生1、D正电G跳1容变C1时和，与1由门非DG门3组DRG成21、 C2
的 此单时稳触发为B器高输电出平D窄，G脉2 与冲或信门号A’，
向 电 路
DG5有计数脉冲输出，由于B为
低电平，与或门DG10无计数脉冲
输出
R3
DG4
DG8
&
B′
1
B′
B
DG6
R4
固化值=INT(θ×256/(2π))
模数转换结果与对应角 度的关系
例7－1 图7-31为一单稳辨向电路，输入信号A、B为相位差90 的方波信号，分析其辨向原理，并分别就A导前B 90、B导前A 90的情况，画出A、Uo1、Uo2的波形。
A
1
R
&
A
DG4
DG1
C DG2
&
Uo1
1
DG3
而求出细分数
• 例：在一个卦限内实现25细分（N=25）
• 设查找到第k个单元的值与计算出的tan或cot最接近，则细分 数x为：
第1卦限 第3卦限 第5卦限 第7卦限
x= k x= 50+k x= 100+k x= 150+k
第2卦限 第4卦限 第6卦限 第8卦限
x=50-k x= 100-k x= 150-k x= 200-k
• 在每一卦限内，根据两路信号的绝 对值的比值可以实现进一步细分
– 微机判断两路信号的大小和极性，实现细分
• 卦限：45°相位区间
Asinθ Acosθ
1
电路原理图
过零比较器 u1
辨向电路
2 3∩/# 4 ∩/#5 6
u2 可逆 计数器
数字
7 计算8机
显示电路
大计数 小计数
卦限图
u1
u2
1234 5678
KF
原理
uj=umsin(t+j) um、 ——载波信号的振幅和角频率；
j——调制相移角，j通常与被测位 移x成正比，j=2x/W，W为标尺节距。
umsin(t+j)
放大 整形
鉴相电路 j-d 移位脉冲门
d
移 相
相对相位 基准分频器
&
B
Uo2 DG5
A
A
B
B
A
A
B
B
A
A
UO1
UO1
UO2
UO2
• • • o2
可见，当A导前B 90时，Uo1有输出，Uo2无输出，当B导前A 90 时，Uo1无输出，Uo2有输出，实现辨向。
第二节 平衡补偿式细分
比较器 xi- xF Ks xi
xF
F
∫
+-
N
xo
平衡式细分原理图
闭环系统的灵敏度
• 缺点：直传系统抗干扰能力较差，其精度低于 平衡补偿系统。
• 优点：直传系统没有反馈比较过程，电路结构 简单、响应速度快，有着广泛的应用。
典型的细分电路 ☆ 四细分辨向电路 ☆ 电阻链分相细分 ☆ 微型计算机细分 ☆ 只读存储器细分
一、四细分辨向电路
• 最常用的细分辩向电路 • 原理
–输入信号
CLK CK
细分脉冲 CNTDECR 计数方向 级联脉冲 U/D
施密特
触发器 数字
CHA 滤波器
四细分 向电路辨
计数脉冲 计数方向
CHB
12/16位 可逆计数器
计数脉冲 计数方向 D0~D11（15）
CNTCAS
12/16位 多路切换器
锁存器
三态缓冲器
8
Q0~Q7
8 B0~B7
8
Q8~Q11（15）
概述
• 信号细分电路概念： 信号细分电路又称插补器，是采用电路的手段对
周期性的测量信号进行插值提高仪器分辨力。
• 信号的共同特点： 信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空
间上一个固定位移量。
• 电路细分原因： 测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实现