高性能轴角转换产品广泛应用到航天、航空、航海、卫星导航、兵器等军事国防和工业民用领域[1-5]，是现代高科技军事、工业的一种基础部件，影响着武器和民用控制系统性能。高精度、高速度和智能化是国防军事和民用现代控制系统发展对轴角-数字变换及其系统的要求，发展和研制高可靠性、宽范围、低价格等高性能的轴角转换产品，不仅成为一个军用基础元器件发展的重要课题，而且具有极高军事社会意义和较大的经济效益。　　 构成高精度、高速度和智能化轴角-数字变换及其系统的基本单元是自整角机/旋转变压器—数字转换器[6](Synchron/ResolvertoDigitalConverter:S/RDC)。首先研究了高精度、高速度S/RDC的原理，构建了数学模型，对大规模CMOSS/RDC集成电路设计、优化和仿真，进行生产流片、封装和测试，国内首次研制出了S/RDC芯片[7-14];同时，综合应用数字电路、模拟电路、DSP和Σ-△A/D，构建出了基于DSP的实现方案，国内首次研制出了基于DSP和∑-△型ADC的高精度全数字跟踪型轴角—数字转换器;然后，应用上述芯片，首次创新研制出几种功能器件;最后，依据控制系统的性能要求，研制出了高精度、高速度和智能化轴角-数字变换数据接口系统。　　 主要工作和创新内容如下:　　 1、概述了自整角机和旋转变压器的构成和工作原理，介绍了S/RDC技术的发展状况，系统总结了不同发展时期S/RDC的基本原理、总体构成、电路和数学原理，这也是设计的理论依据。指出了轴角-数字变换及其数据接口系统的发展方向。　　 2、基于S/RDC的工作原理，即在匀速转动条件下跟踪误差为零，构建了S/RDC的数学模型—Ⅱ型控制系统模型，从理论上研究了S/RDC的稳定性、跟踪性和相位裕度等与有关参数a、A、B、R和C的关系，并对其优化设计。　　 1)参数a对于系统超前校正的影响:在a值过小，阶跃响应曲线存在震荡，甚至不稳定;在5＜a＜20时，a值对系统地改善作用明显;在a＞20后，随着a值的增大，效果已不是很明显。　　 2)随着带宽的增大，阶跃响应的超调量基本不变，稳定时间越来越短。然而带宽的增加同时会使噪声提高，能使高频噪声通过。噪声的增加最大的影响是速度输出电压信号。　　 3)在A/B过小或过大时，都会使系统震荡次数变多，系统的超调量由大到小再到大;系统稳定优化条件是B=1/2A，此时有系统的剪切频率ωc=2A，当ωc=ωm时，相位裕度最大:ωm=√11B，φm(ωm)=56.4°，实现了系统超宽相位裕度。　　 3、研究了跟踪型单片集成CMOS轴角---数字变换系统的总体构成、电路和数学原理，综合应用数字电路、模拟电路、集成电路设计技术和制造工艺技术，系统研究电路系统中的基于高精度D/A的固态控制变压器、误差检测器，误差放大器、相敏解调器、积分器、压控振荡器及积分器等，构建出了基于国内CMOS工艺线的实现电路原理图，对各部分电路进行了设计、仿真验证，最后对整个变换电路系统及其版图进行仿真验证、投片制造、封装、测试，证明各项技术指标满足设计要求，全面达到国外同类产品性能指标，成功研制出国内第一个全CMOSRD大规模集成电路JARI-19230。　　 1)研究了分段式C-R-C结构的高精度DAC的实现，通过误差分析计算，表明三段组合式C-R-C网络可以实现16位DAC，满足固态控制变压器要求;　　 2)在研究RDC变换原理的基础上，构建了基于高精度DAC的固态控制变压器，并详细设计出实现电路和逻辑控制方法，提出了卦限分割技术，得到了替代函数，实现了全角度16位数字---正余弦信号变换;　　 3)针对180度假零位，运用合成参考技术，从变换原理上得以根本解决;　　 4)研究了恒压和恒流式两种压控振荡器的原理和实现方法，进行了详细设计和仿真验证，实现了高线性度的压控振荡器。采用抗1LSB技术，实现变换系统高稳定;　　 5)采用共心、匹配、对称、DUMMY单元等技术设计实现高精度DAC;采用差动电路设计、数字信号与时钟以互补形式分布、模拟电路加保护环隔离等以减少器件失配、噪声、寄生和串扰等效应，提高了系统可靠性。　　 4、研究了跟踪型全数字式轴角---数字变换系统的总体构成[15，16]，提出了基于DSP的全数字RDC系统的设计方案，综合应用数字电路、模拟电路、DSP和Σ-△A/D，国内首次研制出了基于DSP和Σ-△A/D的高精度全数字跟踪型轴角—数字转换器，首次提出并设计了基于Σ-△A/D的全数字型双速RDC转换器，并验证了其具有高精度的性能。　　 1)研究了提高A/D转换分辨率的两种方法:基于DSP内含A/D的软件法和基于外接ADC转换器的硬件法，提出了利用Σ-△芯片的高采样精度结合DSP的数据处理，实现高精度RDC的数据采样与处理，重点针对信号叠加的噪声研究了峰值采样法和采样累加法，有效的减小了随机噪声的影响;　　 2)研究了多种数据输出方式的设计;针对旋转变压器的多种类、多型号，设计电压测量和电压分段电路，实现了宽信号输入自适应;　　 3)针对存在的相移现象，提出了以信号过零为过零点基准，由信号峰值点判断参考的方向，实现系统的抗相移设计;　　 4)设计滤波器对输出信号进行处理，解决由于程序误差、量化噪声等引起的输出数据闪码现象;并针对由滤波器带来的延迟和程序计算延迟，研究了动静态判断算法和数据补偿处理两种方法;　　 5)在理论分析和仿真试验的基础上，研究并开发包括数据采集、数字滤波、PI运算(、)内激磁的产生等技术的软核。　　 5、研究开发了多电压/电流、多速比、多模式组合输出、可编程激磁电源等功能模块，即DC/AC频率电源、两路双速轴角-数字转换器、数字-直流电压转换器、数字-直流电流转换器、自动量程控制的Scott变压器、频率检测控制器、信号控制与数据处理、RS-232接口和USB接口等模块，采用了大规模集成电路可编程设计、宽范围高速纠错处理技术、数字直接频率合成技术、轴角-模拟直流电压(电流)转换技术和多模式数据变换接口技术，使其具有自适应能力、抗干扰性强、可靠性高、微型化，实现了两个专利产品。　　 6、利用上述各功能模块，进行模块化、功能化设计，应用微处理器MCU进行控制和大规模可编程逻辑控制器，研制出复杂的智能型高精度轴角---数字数据变换系统，并实现了系统的智能化和小型化。　　 本课题完成许多核心电路的研究、设计优化和试验，形成了几个用于此类产品的IP核，为该类产品设计、研制提供了技术途径和可行的方法，加快了我国自主知识产权轴角转换产品和技术的开发进程，缩短与国外同类产品的差距，提高产品可靠性和性能指标，降低成本，很好地满足当代工业技术快速发展和尖端军事领域的需求，实现了产品化和商品化。　　 本课题属于国家国防科研项目，计划任务已完成。