基于DDS的超声电机驱动信号源芯片研究

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最近发展起来的超声电机(USM),特别是旋转行波型超声电机,具有很多极优的性能特点:如高自锁力矩、高定位精度、无噪声、无电磁干扰、结构紧凑等,这些使得超声电机在某些特定领域应用广泛,比如自动对焦装置,精准X-Y工作台,工件减速器。 近十几年来超声电机驱动技术研究情况来看,驱动技术已经取得了很多成果。驱动电路小型化成果显著,但驱动电路集成化、一体化的道路才刚刚起步。解决驱动电路集成化、一体化的问题必然要走专用集成电路的道路,就是将现有的比较成熟的超声电机驱动技术集成到超声电机专用驱动芯片中,目前来看这方面的研究在国内还很少。 驱动电路的小型化首先要从超声驱动信号源的小型化开始研究。针对目前超声电机驱动信号源实现中存在的实现控制算法不够灵活,结构复杂等缺点,在综合考虑超声电机控制方法和策略以及各种驱动电路的基础上,论文提出了基于DDS的驱动信号源单芯片解决方案。与目前的驱动信号源实现相比该方案输入全部数字化,方便与微控制器相连,使用灵活。输出支持线性放大驱动、谐振变换驱动、以及SPWM开关逆变驱动。 论文首先进行系统级设计与验证,得到各子模块的参数指导设计完成各电路模块:包括相位累加器,电容阵列DAC,参考电压源,三阶低通滤波器,比较器、基于PWM输入的幅度调节电路以及SPWM调制电路。采用CSMC 0.6um工艺模型和其标准单元?设计完成了驱动信号源芯片的电路设计、相关算法的验证、关键电路的版图设计。设计中应用了很多EDA工具,比如MATLAB、Modelsim、DC、Hspice、Spectre、Verilog、Modelsim等,分别对不同层次不同类型的电路进行验证,确保电路设计的正确性。 通过相关理论的学习和研究,以及电路的验证,最终完成了两相超声电机驱动信号驱动芯片的设计。
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