设计旋转变压器（旋变，Resolver）的电路应用方案需考虑信号生成、调理、解算和接口等环节。以下是一个系统的中文方案指南，涵盖关键步骤和设计要点：

1. 核心电路模块设计

(1) 励磁驱动电路

• 功能：为旋变转子提供正弦励磁信号（典型频率 1-10kHz，电压 3-7Vrms）。
• 设计要点：
  • 信号源：使用DDS芯片（如AD9833）或PWM+DAC生成纯净正弦波。
  • 功率放大：
  • 采用推挽放大器或Class-D放大器（如IRS2092）驱动旋变绕组。
  • 输出串联LC低通滤波器（截止频率=励磁频率），消除高频谐波。
  • 稳幅控制：加入压控增益放大器（如VCA810）或反馈回路，稳定励磁电压幅值（避免温度漂移影响精度）。

(2) 信号调理电路

• 功能：处理旋变输出的正弦（SIN）、余弦（COS）信号（微伏至毫伏级）。
• 设计要点：
  • 前置放大：
  • 使用仪表放大器（如INA188）或高精度运放（OPA2188），增益设置50-100倍。
  • 关键参数：低噪声（<10nV/√Hz）、高共模抑制比（CMRR > 90dB）。
  • 滤波降噪：
  • 二级抗混叠滤波：一阶RC有源滤波器 + 数字域FIR滤波器。
  • 截止频率略高于励磁频率（例如励磁10kHz时选12-15kHz）。
  • 共模抑制：
  • SIN/COS信号线采用双绞屏蔽线，屏蔽层单点接地。
  • 在调理电路中添加共模扼流圈。

2. 角度解算方案选择

(1) 专用RDC芯片方案

• 适用场景：高实时性要求（电机控制）。
• 芯片型号：
  • 12-16bit精度：AD2S1200（12bit）、AU6802N1（16bit）。
  • 高分辨率：AD2S1210（22bit）。
• 电路设计：
  • 将调理后的SIN/COS信号直接接入RDC芯片。
  • 配置参考时钟（典型频率8.192MHz）和采样频率（与励磁同步）。
  • 输出并行/SPI接口角度数据，并行总线需注意信号完整性。

(2) 软件解算方案

• 适用场景：对成本敏感或需要灵活算法的场合（如实验室设备）。
• 流程：

  graph LR
  A[ADC采样SIN/COS] --> B[数字解调]
  B --> C[反正切计算 arctan2(SIN, COS)]
  C --> D[角度补偿校正]

• 设计要点：
  • ADC选择：≥16位分辨率（如ADS8866），采样率≥4倍励磁频率。
  • 算法优化：
  • CORDIC算法：硬件加速实时计算arctan。
  • 误差补偿：通过查表法校准幅值不平衡、正交误差。

3. 抗干扰与可靠性设计

• 供电隔离：
  • 励磁驱动与信号调理电路采用DC-DC隔离模块（如ADuM5000）供电。
  • 模拟地与数字地单点连接，避免地环路干扰。
• 电磁兼容：
  • PCB布线时SIN/COS信号走差分对，远离功率线。
  • 磁芯上安装共模磁环（针对>1MHz干扰）。
• 故障检测：
  • 监测SIN/COS信号幅值（如用AD8361检波器），低于阈值时触发报警。
  • RDC芯片的LOS（Loss of Signal）引脚连接MCU中断。

4. 接口与系统集成

• 输出接口：
  • 数字接口：SPI/I²C（直接输出角度值），适用于MCU连接。
  • 模拟输出：RDC的DAC引脚输出0-360°模拟电压（需运放缓冲）。
  • 增量编码器仿真：AU6802等芯片可输出A/B/Z脉冲，兼容伺服驱动器。
• 通信协议：
  • 工业场景优先选用BiSS-C或EnDAT协议（如AD2S1210支持BiSS-C）。

5. 校准与测试

• 静态校准：
  1. 固定转子至已知角度（如0°）。
  2. 测量SIN/COS输出比值，校正ADC偏置和增益误差。
• 动态测试：
  • 使用高精度分度头旋转旋变，验证全量程线性度（典型误差<±0.1°）。
  • 温漂测试（-40℃~125℃），必要时添加温度传感器补偿。

实例方案参考

旋变型号：Tamagawa TS2620N21E（4线制）
电路架构：
  励磁：AD9833 → IRS4427推挽放大 → LC滤波（10kHz）
  调理：INA188（增益=80） → ADA4075滤波器（Butterworth, 12kHz） 
  解算：AD2S1210（SPI输出22bit角度）
  接口：隔离SPI（ADuM3151） → STM32H7 MCU
  电源：隔离DC-DC + LDO（TPS7A4701）

关键设计原则

1. 信号链路对称：SIN/COS通道的器件参数（电阻、电容）需严格匹配。
2. 带宽管理：逐级抑制高频噪声，避免解调混叠。
3. 抗饱和设计：在调理电路前级加入钳位二极管，防止过压损坏。
4. 旋变兼容性：确认绕组阻抗（典型数百Ω），避免励磁过载。

通过以上设计，可实现±10角秒级精度（16bit RDC），满足工业伺服、机器人关节等高精度场景需求。实际设计中需结合旋变规格书和系统EMC要求进行优化迭代。