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引言

       由于光柵尺移動時輸出信號的頻率大約在5～25 kHz之間，且后續(xù)電路要求信號基本穩(wěn)定，無振蕩，因此該絕對值電路應(yīng)滿足以下條件：1)能夠在較高頻率下正常工作；2)適用于高速化的場合；3)精度較高，信號基本無失真。要保證測量誤差在允許范圍之內(nèi)，信號在經(jīng)過絕對值電路后必須高度保真。通過上述電路分析和比較，綜合各種因素可知，第三種絕對值電路應(yīng)是最佳的選擇。

        為了達(dá)到較高的細(xì)分倍數(shù)，在對光柵莫爾條紋信號進(jìn)行粗細(xì)分的同時，還需要對位移進(jìn)行精細(xì)分。為提高細(xì)分速度，精細(xì)分電路采用全硬件設(shè)計，包括絕對值電路，多路選擇電路及A／D采樣電路。絕對值電路是模擬電路中處理數(shù)據(jù)信息的一種電路，在各類電子測電路中有著廣泛的應(yīng)用。尤其在對正弦信號進(jìn)行數(shù)字化幅值測量時，采用絕對值電路可以將雙極性信號轉(zhuǎn)換為單極性信號，便于計算機采集處理時去掉符號位，提高模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。所以絕對值電路精確與否，對后續(xù)的信號處理電路有著重要的影響。然而，在實際使用中，由于二極管壓降的存在，信號頻率的不同，以及元器件參數(shù)誤差等因素的影響，絕對值電路的輸出往往不夠理想，有時甚至嚴(yán)重失真，將在一定范圍內(nèi)影響測量精度。為此，本文著將重探討幾種不同的絕對值電路，以確定出符合要求的最佳電路。

1 三種絕對值電路的設(shè)計方案

1．1 電路設(shè)計一

        資料上如圖1所示的絕對值電路較為常見。分析電路可知，當(dāng)Vin>0時，D1截止，D2導(dǎo)通，輸入信號Vin通過第一級運放U1A反相放大，之后再與Vin一起進(jìn)入后一級運放U1B構(gòu)成反相加法器，根據(jù)電阻匹配關(guān)系，最后輸出為Vout=Vin；當(dāng)Vin<0時，D1導(dǎo)通，D2截止，此時運放U1A處于深度負(fù)反饋狀態(tài)，所以輸入信號Vin直接經(jīng)過運放U1B反相后，得到輸出Vout=-Vin。

圖1 簡單結(jié)構(gòu)的絕對值電路

        在實際電路中，由于電源存在耦合干抗，零電位產(chǎn)生漂移，加之二極管并非理想狀態(tài)，導(dǎo)通時存在一定壓降，該絕對值電路效果往往不夠理想。特別是當(dāng)輸入信號頻率較高時，在過零點處會產(chǎn)生明顯的失真，從而給信號的后續(xù)處理帶來極大的不便。

        圖2是當(dāng)信號頻率為4 kHz時的輸出波形圖，由圖可知，在過零點處，幅值誤差為△U=40 mV，假設(shè)精細(xì)分電路對信號進(jìn)行256細(xì)分，信號幅值為0．5 V。由于光柵尺移動一個柵距位移為0．02mm，則所允許的誤差δ應(yīng)小于0．02 mmx1／4x1／256=0．019 5 μm，而當(dāng)△U=40 mV時，誤差δ=0．02mmx1／4x1／256x(256x0．04V／0．5V)=0．000 4 μm，明顯超出了測量誤差所允許的范圍。

圖2 電路-輸出波形圖