【摘要】：光電軸角編碼器也被稱為光電角位移編碼器,屬于數(shù)字化的現(xiàn)代角度測量儀器,具有精度高、體積小等特點,因此被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代化工業(yè)、國防等領(lǐng)域,擁有遠(yuǎn)比其它傳感器更廣闊的使用場景。隨著市場對光電編碼器性能提出越來越高要求,研制出新型集成化程度更高、精度更高的光電編碼器,具有十分重要的科研和實用意義。絕對式光電編碼器因其實時輸出絕對位置的優(yōu)勢,已成為光電編碼器研究中的重要方向。本文提出一種新型、基于偽隨機(jī)編碼的絕對式光電編碼器芯片設(shè)計,可以有效解決傳統(tǒng)絕對式編碼器精度與大小無法兼顧的問題,設(shè)計完成了編碼器芯片的研發(fā),并搭建了測試系統(tǒng),最終完成了芯片的測試工作。芯片設(shè)計的理論基礎(chǔ)是摩爾條紋理論和偽隨機(jī)編碼理論,它不同于傳統(tǒng)設(shè)計中單獨采用一種編碼的方式,設(shè)計中利用偽隨機(jī)編碼與基于摩爾條紋的增量編碼理論,通過細(xì)分及系統(tǒng)設(shè)計相結(jié)合,在不增加編碼器芯片尺寸的前提下,大幅度提升了新型偽隨機(jī)編碼器的分辨率。在芯片實際設(shè)計中,以芯片整體架構(gòu)為核心,利用系統(tǒng)中增量與絕對信號鏈路的特點,分模塊完成了芯片內(nèi)部的電路設(shè)計、版圖設(shè)計和驗證工作。最終對設(shè)計的芯片進(jìn)行了流片,并詳細(xì)給出了芯片測試的相關(guān)工作與流程,測試結(jié)果表明,編碼器芯片的分辨率達(dá)到19bit,電學(xué)響應(yīng)頻率大于200k Hz,電流消耗小于100m A,達(dá)到設(shè)計要求。本文的原創(chuàng)性工作包括:提出一種新型的絕對式光電編碼器理論,具體論證了其理論基礎(chǔ)與系統(tǒng)設(shè)計;設(shè)計了新型編碼器的芯片架構(gòu),依據(jù)芯片內(nèi)部信號鏈路的特點,合理規(guī)劃芯片布局,完成芯片設(shè)計工作;芯片采用0.35μm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)標(biāo)準(zhǔn)工藝流片,實際尺寸為5×3mm2,完成芯片測試工作,最終光電編碼器分辨率達(dá)到19bit,達(dá)到實用化要求。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN762

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2771357