CN118011868B - 一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器仿真技术领域，公开了一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡，包括：接口电路用于与上位机进行通信，接收上位机发送的配置指令；FPGA的第一输入端与接口电路连接，FPGA的第二输入端与输入单元的第一输出端连接，FPGA的输出端与输出单元的第一输入端相连；输入单元的输入端与ECU控制器相连，输入单元的第二输出端与输出单元的第二输入端相连；输出单元的输出端与ECU控制器相连。本方案通过上位机配置不同的指令和参数即可实现使用一个传感器仿真板卡实现ECU在两种不同传感器仿真模式下的正常和异常条件的测试仿真，缩短研发和测试周期，提高效率，降低成本。

Description

一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡

技术领域

本发明涉及传感器仿真技术领域，尤其涉及一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡。

背景技术

随着智能化和电动化趋势的发展，汽车电子在整车中的比重越来越大，对ECU(Electronic Control Unit，电控单元)的要求也越来越高，各系统之间的互联和协同工作成为关键。仿真测试可以模拟真实的系统环境，对各系统进行集成测试和协同工作验证，确保系统的稳定性和可靠性。

由于汽车电子需要使用多种传感器进行正常和异常情况下的测试，而不同的厂家或车型需要使用不同类型的传感器进行仿真测试，购买多个独立的传感器仿真板卡不仅成本高，测试时需要频繁切换传感器仿真板卡，导致研发或测试周期长，并且现有技术中也很少有对电涡流位置传感器仿真板卡的研究。

因此，亟需一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡，能够缩短研发和测试周期，提高效率，降低成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡，能够缩短研发和测试周期，提高效率，降低成本。

本发明提供了一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡，旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡包括旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式和电涡流型电机位置传感器仿真输出模式；传感器仿真板卡包括：接口电路、FPGA、输入单元和输出单元；

接口电路用于与上位机进行通信，接收上位机发送的配置指令；

FPGA的第一输入端与接口电路连接，FPGA的第二输入端与输入单元的第一输出端连接，FPGA的输出端与输出单元的第一输入端相连；

输入单元的输入端与ECU控制器相连，输入单元的第二输出端与输出单元的第二输入端相连；输出单元包括：数模转换器、单端转差分电路、第一输出保护电路、第二输出保护电路、第一变压器电路、第二变压器电路、第一拨动开关、第二拨动开关、第三拨动开关、第四拨动开关以及第五拨动开关；输出单元用于根据配置指令切换旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式或电涡流型电机位置传感器仿真输出模式；

当旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡为旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式时，单端转差分电路未串入电路；

当旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡为电涡流型电机位置传感器仿真输出模式时，第一变压器电路和第二变压器电路未串入电路；

输出单元的输出端与ECU控制器相连。

进一步的，当旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡为旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式时，单端转差分电路未串入电路，具体包括：

数模转换器的输入端与FPGA的输出端、输入单元的第二输出端相连，数模转换器的第一输出端与第一拨动开关的公共端相连，数模转换器的第二输出端与第三拨动开关的常闭触点相连；

第一拨动开关的常闭触点与第二拨动开关的常闭触点相连，第一拨动开关与常闭触点接通，第二拨动开关与常闭触点接通；

第一输出保护电路的输入端与第二拨动开关的公共端相连，第一输出保护电路的输出端与第四拨动开关的公共端相连，第四拨动开关与常闭触点接通；

第一变压器电路的输入端与第四拨动开关的常闭触点相连，第一变压器的输出端与ECU控制器相连；

第二输出保护电路的输入端与第三拨动开关的公共端相连，第二输出保护电路的输出端与第五拨动开关的公共端相连，第五拨动开关与常闭触点接通；

第二变压器电路的输入端与第五拨动开关的常闭触点相连，第二变压器的输出端与ECU控制器相连。

进一步的，当旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡为电涡流型电机位置传感器仿真输出模式时，第一变压器电路和第二变压器电路未串入电路，具体包括:

数模转换器的输入端与FPGA的输出端、输入单元的第二输出端相连，数模转换器的第一输出端与第一拨动开关的公共端相连，第一拨动开关与常开触点接通；

单端转差分电路的输入端与第一拨动开关的常开触点相连，单端转差分电路的第一输出端与第二拨动开关的常开触点相连，单端转差分电路的第二输出端与第三拨动开关的常开触点相连；第二拨动开关与常开触点接通，第三拨动开关与常开触点接通；

第一输出保护电路的输入端与第二拨动开关的公共端相连，第一输出保护电路的输出端与第四拨动开关的公共端相连，第四拨动开关与常开触点接通，第四拨动开关的常开触点与ECU控制器相连；

第二输出保护电路的输入端与第三拨动开关的公共端相连，第二输出保护电路的输出端与第五拨动开关的公共端相连，第五拨动开关与常开触点接通，第五拨动开关的常开触点与ECU控制器相连。

进一步的，单端转差分电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、全差动运算放大器、第一电容和第二电容；

第一电阻的一端与第一拨动开关的常开触点相连，另一端与全差动运算放大器的输入正端、第二电阻相连；

第二电阻的一端与全差动运算放大器的输入正端相连，另一端与全差动运算放大器的输出负端、第三拨动开关的常开触点相连；

第三电阻的一端接地，另一端与全差动运算放大器的输入负端、第四电阻相连；

第四电阻的一端与全差动运算放大器的输入负端相连，另一端与全差动运算放大器的输出正端、第二拨动开关的常开触点相连；

第一电容一端接地，另一端与全差动运算放大器的供电引脚相连；

第二电容一端接地，另一端与全差动运算放大器的输出共模电压引脚相连。

进一步的，第一输出保护电路包括：第一运算放大器、第三电容、第四电容、第五电容、第一直流电路、第二直流电路、第三直流电路、输出电流限制电路、输入电流限制电路、钳位保护电路、欠压保护电路、过压保护电路、第十一二极管、第十二二极管、第一放大晶体管、第二放大晶体管；

第一运算放大器的同相输入端与第二拨动开关的公共端连接，第一运算放大器的输出端经过第三电容与第一运算放大器的反相输入端连接；

第三电容的一端与第一运算放大器的输出端相连，另一端与第一运算放大器的反相输入端相连；

第四电容的一端接地，另一端与第一直流电路的输入端相连；

第一直流电路包括第一二极管、第二二极管和第五电阻，第一二极管的阳极接电源端，第一二极管的阴极与第二二极管的阳极相连，第二二极管的阴极与第五电阻的一端相连，第五电阻的另一端接地；

第五电容的一端接地，另一端与第二直流电路的输入端相连；

第二直流电路包括第三二极管、第四二极管和第六电阻，第四二极管的阴极接电源端，第四二极管的阳极与第三二极管的阴极相连，第三二极管的阳极与第六电阻的一端相连，第六电阻的另一端接地；

第三直流电路包括第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第七电阻、第八电阻、第一三极管和第二三极管，第七电阻的一端与第四电容的一端、第一二极管的阳极相连，第七电阻的另一端与第一三极管的第一端相连，第一三极管的基极与第二二极管的阴极、第五电阻的一端相连，第一三极管的第二端与第五二极管的阳极相连，第五二极管的阴极与第六二极管的阳极相连，第六二极管的阴极与第七二极管的阳极、第一运算放大器的输出端相连，第七二极管的阴极与第八二极管的阳极相连，第八二极管的阴极与第二三极管的第一端相连，第二三极管的基极与第六电阻的一端、第三二极管的阳极相连，第二三极管的第二端与第八电阻的一端相连，第八电阻的另一端与第五电容的一端、第四二极管的阴极相连；

钳位保护电路包括第九二极管和第十二极管，第九二极管的阴极接电源正端，第九二极管的阳极与第十二极管的阴极、第一运算放大器的反相输入端相连，第十二极管的阳极接电源负端；

输出电流限制电路包括第三三极管、第九电阻和第十电阻，第三三极管的第一端与第一三极管的第二端、第一放大晶体管的基极相连，第三三极管的第二端与第十电阻的一端、第十一二极管的阳极相连，第三三极管的基极与第九电阻的一端相连，第九电阻的另一端与第十电阻的一端、第一放大晶体管的第二端相连；

输入电流限制电路包括第四三极管、第十一电阻和第十二电阻，第四三极管的第一端与第二三极管的第一端、第二放大晶体管的基极相连，第四三极管的第二端与第十二电阻的一端、第十二二极管的阴极相连，第四三极管的基极与第十一电阻的一端相连，第十一电阻的另一端与第十二电阻的一端、第二放大晶体管的第一端相连；

欠压保护电路包括第一稳压二极管和第十三电阻，第一稳压二极管的阳极与第三三极管的基极相连，第一稳压二极管的阴极与第十三电阻的一端相连，第十三电阻的另一端与第一放大晶体管的第一端相连；

过压保护电路包括第二稳压二极管和第十四电阻，第二稳压二极管的阴极与第四三极管的基极相连，第二稳压二极管的阳极与第十四电阻的一端相连，第十四电阻的另一端与第二放大晶体管的第二端相连；

第二输出保护电路的结构与第一输出保护电路的结构相同。

进一步的，第一变压器电路包括：第一变压器和第一保险丝；

第一变压器的输入侧一端与第四拨动开关的常闭触点相连，另一端接地，第一变压器的输出侧一端与第一保险丝的一端相连，第一保险丝的另一端与第四拨动开关的常开触点相连，作为差分输出的正端，第一变压器的输出侧的另一端为差分输出的负端，差分输出的正端和差分输出的负端与ECU控制器相连；

第二变压器电路的结构与第一变压器电路的结构相同。

进一步的，输入单元包括：第二变压器、第二保险丝、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第六电容、第十五二极管、同向放大电路、第三运算放大器、迟滞比较器；

第二变压器的输入侧一端与第二保险丝的一端相连，第二保险丝的另一端与ECU控制器相连，第二变压器的输入侧的另一端与ECU控制器相连，第二变压器的输出侧与同向放大电路相连；

同向放大电路包括第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第六拨动开关和第二运算放大器，第二十电阻的一端与第二变压器的输出侧的一端相连，第二十电阻的另一端与第二十一电阻的一端、第二运算放大器的同相输入端相连，第二十一电阻的另一端接地，第二十二电阻的一端与第二变压器的输出侧的另一端相连并接地，第二十二电阻的另一端与第二十三电阻的一端、第二运算放大器的反相输入端相连，第二十三电阻的另一端与第二运算放大器的输出端、第六拨动开关的常闭触点相连；

第六电容与第二十三电阻并联设置；

第三运算放大器的同相输入端与第六拨动开关的公共端、数模转换器的输入参考引脚相连，第六拨动开关的常开触点接入参考电压，第三运算放大器的反相输入端与第三运算放大器的输出端、第十五二极管的阳极相连；

第十五二极管的阴极与第十五电阻的一端相连，第十五电阻的另一端与第十六电阻的一端、迟滞比较器的反相输入端相连，第十六电阻的另一端接地；

迟滞比较器的同相输入端与第十七电阻的一端、第十八电阻的一端以及第十九电阻的一端相连，第十七电阻的另一端接电源，第十八电阻的另一端接地，第十九电阻的另一端与迟滞比较器的输出端、FPGA的第二输入端相连。

进一步的，传感器仿真板卡还包括：电源单元和隔离电源单元；

电源单元的输入端与隔离电源单元的输出端连接，电源单元的输出端分别与接口电路、FPGA、输入单元和输出单元相连。

本发明实施例具有以下技术效果：

通过接口电路与上位机进行通信，接收上位机发送的配置指令，并将其发送给FPGA，由FPGA根据该配置指令和输入单元采集到的励磁信号，生成控制信号和旋转变压器型信号，或者控制信号和电涡流型信号；再由输出单元根据控制信号对旋转变压器型信号处理后经过隔离变压器输出，或者由输出单元根据控制信号对电涡流型信号处理后输出，输出至ECU控制器。由于配置指令中包括传感器状态参数配置指令，因此本方案提供的旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡可实现使用一个传感器仿真板卡实现ECU在两种不同传感器仿真模式下的正常和异常条件的测试仿真，缩短研发和测试周期，提高效率，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡的输出单元的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种输出单元中的单端转差分电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种输出单元中的第一输出保护电路的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种输出单元中的第一变压器电路的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡的输入单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

图1是本发明实施例提供的一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡的结构示意图，参见图1，旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡包括旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式和电涡流型电机位置传感器仿真输出模式；传感器仿真板卡包括：接口电路100、FPGA 200、输入单元300和输出单元400；

接口电路100用于与上位机进行通信，接收上位机发送的配置指令。

FPGA 200的第一输入端与接口电路100连接，FPGA 200的第二输入端与输入单元300的第一输出端连接，FPGA 200的输出端与输出单元400的第一输入端相连。

具体的，FPGA200的输出包括控制信号和旋转变压器型信号，或者控制信号和电涡流型信号。

输入单元300的输入端与ECU控制器相连，输入单元300的第二输出端与输出单元400的第二输入端相连；输出单元400包括：数模转换器401、单端转差分电路402、第一输出保护电路403、第二输出保护电路404、第一变压器电路405、第二变压器电路406、第一拨动开关S1、第二拨动开关S2、第三拨动开关S3、第四拨动开关S4以及第五拨动开关S5；输出单元400用于根据配置指令切换旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式或电涡流型电机位置传感器仿真输出模式。输出单元400的输出端与ECU控制器相连。

具体的，输入单元300的输入端为Sense+/Sense-信号。输出单元400的输出端为SIN+/SIN-信号和COS+/COS-信号。5个拨动开关默认状态下传感器仿真板卡为旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式，当5个拨动开关同时拨动后，传感器仿真板卡为电涡流型电机位置传感器仿真输出模式。

图2是本发明实施例提供的一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡的输出单元的结构示意图，参见图2，当旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡为旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式时，单端转差分电路402未串入电路。此时的输出单元内部电路连接方式为：

数模转换器401的输入端与FPGA 200的输出端、输入单元300的第二输出端相连，数模转换器401的第一输出端与第一拨动开关S1的公共端相连，数模转换器401的第二输出端与第三拨动开关S3的常闭触点相连；

第一拨动开关S1的常闭触点与第二拨动开关S2的常闭触点相连，第一拨动开关S1与常闭触点接通，第二拨动开关S2与常闭触点接通；

第一输出保护电路403的输入端与第二拨动开关S2的公共端相连，第一输出保护电路403的输出端与第四拨动开关S4的公共端相连，第四拨动开关S4与常闭触点接通；

第一变压器电路405的输入端与第四拨动开关S4的常闭触点相连，第一变压器电路405的输出端与ECU控制器相连；

第二输出保护电路404的输入端与第三拨动开关S3的公共端相连，第二输出保护电路404的输出端与第五拨动开关S5的公共端相连，第五拨动开关S5与常闭触点接通；

第二变压器电路406的输入端与第五拨动开关S5的常闭触点相连，第二变压器电路406的输出端与ECU控制器相连。

继续参见图2，当旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡为电涡流型电机位置传感器仿真输出模式时，第一变压器电路405和第二变压器电路406未串入电路。此时的输出单元内部电路连接方式为：

数模转换器401的输入端与FPGA 200的输出端、输入单元300的第二输出端相连，数模转换器401的第一输出端与第一拨动开关S1的公共端相连，第一拨动开关S1与常开触点接通；

单端转差分电路402的输入端与第一拨动开关S1的常开触点相连，单端转差分电路402的第一输出端与第二拨动开关S2的常开触点相连，单端转差分电路402的第二输出端与第三拨动开关S3的常开触点相连；第二拨动开关S2与常开触点接通，第三拨动开关S3与常开触点接通；

第一输出保护电路403的输入端与第二拨动开关S2的公共端相连，第一输出保护电路403的输出端与第四拨动开关S4的公共端相连，第四拨动开关S4与常开触点接通，第四拨动开S4关的常开触点与ECU控制器相连；

第二输出保护电路404的输入端与第三拨动开关S3的公共端相连，第二输出保护电路404的输出端与第五拨动开S5关的公共端相连，第五拨动开关S5与常开触点接通，第五拨动开S5关的常开触点与ECU控制器相连。

进一步的，图3是本发明实施例提供的一种输出单元中的单端转差分电路的结构示意图，参见图3，单端转差分电路402包括：第一电阻R7、第二电阻R6、第三电阻R8、第四电阻R10、全差动运算放大器U2、第一电容C3和第二电容C6；

第一电阻R7的一端与第一拨动开关S1的常开触点相连，另一端与全差动运算放大器U2的输入正端、第二电阻R6相连；

第二电阻R6的一端与全差动运算放大器U2的输入正端相连，另一端与全差动运算放大器U2的输出负端、第三拨动开关S3的常开触点相连；

第三电阻R8的一端接地，另一端与全差动运算放大器U2的输入负端、第四电阻R10相连；

第四电阻R10的一端与全差动运算放大器U2的输入负端相连，另一端与全差动运算放大器U2的输出正端、第二拨动开关S2的常开触点相连；

第一电容C3一端接地，另一端与全差动运算放大器U2的供电引脚（VS+）相连；

第二电容C6一端接地，另一端与全差动运算放大器U2的输出共模电压引脚（VOCM）相连。

具体的，当工作模式为旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式时，拨动第一拨动开关S1、第二拨动开关S2、第三拨动开关S3的公共端使其连接在常闭触点上，数模转换器401输出两路旋变模拟信号，分别接到第一输出保护电路403和第二输出保护电路404。

当工作模式为电涡流型电机位置传感器仿真输出模式时，拨动第一拨动开关S1、第二拨动开关S2和第三拨动开关S3的公共端使其连接在常开触点上，数模转换器401的第一输出端经过第一拨动开关S1，到单端转差分电路402的输入端的第一电阻R7,全差动运算放大器U2有正负两个反馈，放大倍数由第二电阻R6与第一电阻R7的比值、第四电阻R10与第三电阻R8的比值决定，全差动运算放大器U2的输出引脚VOUT+和VOUT-的两个输出波形相位相差180°，并与参考电压VREF的电压对称，分别接到第一输出保护电路403和第二输出保护电路404，这样就完成了将输入的单端信号转变成一对差分信号的过程。

进一步的，图4是本发明实施例提供的一种输出单元中的第一输出保护电路的结构示意图，参见图4，第一输出保护电路403包括：第一运算放大器U1、第三电容C4、第四电容C1、第五电容C8、第一直流电路4031、第二直流电路4032、第三直流电路4033、输出电流限制电路4034、输入电流限制电路4035、钳位保护电路4036、欠压保护电路4037、过压保护电路4038、第十一二极管D5、第十二二极管D15、第一放大晶体管Q2、第二放大晶体管Q5；

第一运算放大器U1的同相输入端与第二拨动开关S2的公共端连接，第一运算放大器U1的输出端经过第三电容C4与第一运算放大器U1的反相输入端连接；

第三电容C4的一端与第一运算放大器U1的输出端相连，另一端与第一运算放大器U1的反相输入端相连；

第四电容C1的一端接地，另一端与第一直流电路4031的输入端相连；

第一直流电路4031包括第一二极管D1、第二二极管D11和第五电阻R3，第一二极管D1的阳极接电源端，第一二极管D1的阴极与第二二极管D11的阳极相连，第二二极管D11的阴极与第五电阻R3的一端相连，第五电阻R3的另一端接地；

第五电容R3的一端接地，另一端与第二直流电路4032的输入端相连；

第二直流电路4032包括第三二极管D9、第四二极管D13和第六电阻R13，第四二极管D13的阴极接电源端，第四二极管D13的阳极与第三二极管D9的阴极相连，第三二极管D9的阳极与第六电阻R13的一端相连，第六电阻R13的另一端接地；

第三直流电路4033包括第五二极管D3、第六二极管D4、第七二极管D12、第八二极管D7、第七电阻R1、第八电阻R14、第一三极管Q1和第二三极管Q6，第七电阻R1的一端与第四电容C1的一端、第一二极管D1的阳极相连，第七电阻R1的另一端与第一三极管Q1的第一端相连，第一三极管Q1的基极与第二二极管D11的阴极、第五电阻R3的一端相连，第一三极管Q1的第二端与第五二极管D3的阳极相连，第五二极管D3的阴极与第六二极管D4的阳极相连，第六二极管D4的阴极与第七二极管D12的阳极、第一运算放大器U1的输出端相连，第七二极管D12的阴极与第八二极管D7的阳极相连，第八二极管D7的阴极与第二三极管Q6的第一端相连，第二三极管Q6的基极与第六电阻R13的一端、第三二极管D9的阳极相连，第二三极管Q6的第二端与第八电阻R14的一端相连，第八电阻R14的另一端与第五电容C8的一端、第四二极管D13的阴极相连；

钳位保护电路4036包括第九二极管D6和第十二极管D14，第九二极管D6的阴极接电源正端，第九二极管D6的阳极与第十二极管D14的阴极、第一运算放大器U1的反相输入端相连，第十二极管D14的阳极接电源负端；

输出电流限制电路4034包括第三三极管Q3、第九电阻R4和第十电阻R5，第三三极管Q3的第一端与第一三极管Q1的第二端、第一放大晶体管Q2的基极相连，第三三极管Q3的第二端与第十电阻R5的一端、第十一二极管D5的阳极相连，第三三极管Q3的基极与第九电阻R4的一端相连，第九电阻R4的另一端与第十电阻R5的一端、第一放大晶体管Q2的第二端相连；

输入电流限制电路4035包括第四三极管Q4、第十一电阻R12和第十二电阻R9，第四三极管Q4的第一端与第二三极管Q6的第一端、第二放大晶体管Q5的基极相连，第四三极管Q4的第二端与第十二电阻R9的一端、第十二二极管D15的阴极相连，第四三极管Q4的基极与第十一电阻R12的一端相连，第十一电阻R12的另一端与第十二电阻R9的一端、第二放大晶体管Q5的第一端相连；

欠压保护电路4037包括第一稳压二极管D2和第十三电阻R2，第一稳压二极管D2的阳极与第三三极管Q3的基极相连，第一稳压二极管D2的阴极与第十三电阻R2的一端相连，第十三电阻R2的另一端与第一放大晶体管Q2的第一端相连；

过压保护电路4038包括第二稳压二极管D8和第十四电阻R15，第二稳压二极管D8的阴极与第四三极管Q4的基极相连，第二稳压二极管D8的阳极与第十四电阻R15的一端相连，第十四电阻R15的另一端与第二放大晶体管Q5的第二端相连；

第二输出保护电路404的结构与第一输出保护电路403的结构相同。

具体的，第三电容C4用于对第一运算放大器U1进行相位补偿，进而使第一运算放大器U1的输出更加准确稳定；第四电容C1与第五电容C8用于对电源进行噪声滤除。

第一二极管D1、第二二极管D11和第五电阻R3构成从电源单元500输出的正极AVCC+15V到AGND之间的第一直流电路4031，该直流电路的直流电流在第一二极管D1和第二二极管D11之间形成压降，使得第一三极管Q1的基极有一个恒定的电压。

第三二极管D9、第四二极管D13和第六电阻R13构成从电源单元500输出的AGND到负极AVCC-15V之间的第二直流电路4032，该直流电路的直流电流在第三二极管D9、第四二极管D13之间形成压降，使得第二三极管Q6的基极有一个恒定的电压。

第五二极管D3、第六二极管D4、第七二极管D12、第八二极管D7、第七电阻R1、第八电阻R14、第一三极管Q1和第二三极管Q6构成从电源单元500输出的正极AVCC+15V到负极AVCC-15V之间的第三直流电路4033，根据第一运算放大器U1输出电压的不同，会使得第一三极管Q1、第二三极管Q6的集电极电压不同，第一三极管Q1的集电极电压总是比第一运算放大器U1的输出电压高出两个二极管压降的电压，第二三极管Q6的集电极电压总是比第一运算放大器U1的输出电压低两个二极管的压降；当第一运算放大器U1输出电压大于0V时，第一放大晶体管Q2导通，第二放大晶体管Q5截止；当第一运算放大器U1输出电压小于0V时，第二放大晶体管Q5导通，第一放大晶体管Q2截止。

当输出电流超过一定值时，输出电流限制电路4034中的第十电阻R5上的压降使第三三极管Q3导通，吸收了第一放大晶体管Q2的基极电流，第九电阻R4为第三三极管Q3的基极限流电阻。

当输入电流超过一定值时，输入电流限制电路4035的第十二电阻R9上的压降使第四三极管Q4导通，吸收了第二放大晶体管Q5的基极电流，第十一电阻R12为第四三极管Q4的基极限流电阻。

当第一运算放大器U1反向输入端的电压超过供电正端电压AVCC+15V一定范围时，钳位保护电路4036中的第九二极管D6会导通，将输入信号限制在钳位电平范围内，从而保护运放芯片。当第一运算放大器U1反向输入端的电压超过供电负端电压AVCC-15V一定范围时，钳位保护电路4036中的第十二极管D14也会导通，将输入信号抬高到钳位电平范围内，从而避免运放芯片受到欠压的影响。

当第一运算放大器U1的反向输入端即第一输出保护电路403的输出端负电压超过一定范围时，第十一二极管D5导通，第十二二极管D15截止，欠压保护电路4037中的第一稳压二极管D2会将电压稳定在一定范围内，与第十三电阻R2构成电流回路，第十三电阻R2为限流电阻。

当第一运算放大器U1的反向输入端即第一输出保护电路403的输出端的正电压超过一定范围时，第十一二极管D5截止，第十二二极管D15导通，过压保护电路4038中的第二稳压二极管D8会将电压稳定在一定范围内，与第十四电阻R15构成电流回路，第十四电阻R15为限流电阻。

进一步的，图5是本发明实施例提供的一种输出单元中的第一变压器电路的结构示意图，参见图5，第一变压器电路405包括：第一变压器T1和第一保险丝F1；

第一变压器T1的输入侧一端与第四拨动开关S4的常闭触点相连，另一端接地，第一变压器T1的输出侧一端与第一保险丝F1的一端相连，第一保险丝F1的另一端与第四拨动开关S4的常开触点相连，作为差分输出的正端，第一变压器T1的输出侧的另一端为差分输出的负端，差分输出的正端和差分输出的负端与ECU控制器相连；

第二变压器电路406的结构与第一变压器电路405的结构相同。

具体的，当工作模式为旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式时，第四拨动开关S4的公共端与常闭触点相连，输入信号到达第一变压器T1后变为差分信号，经过串联的第一保险丝F1后，输出到ECU控制器。当电路中的电流异常升高时，第一保险丝F1会因过热而熔断，从而切断电流，保护电路安全运行，当异常过电流故障清除后，导电通道会恢复。

当工作模式为电涡流型电机位置传感器仿真输出模式时，第四拨动开关S4的公共端与常开触点相连，作为输出的正端直接接入ECU控制器。

进一步的，图6是本发明实施例提供的一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡的输入单元的结构示意图，参见图6，输入单元300包括：第二变压器T2、第二保险丝F2、第十五电阻R18、第十六电阻R21、第十七电阻R25、第十八电阻R27、第十九电阻R26、第六电容C14、第十五二极管D10、同向放大电路301、第三运算放大器U4、迟滞比较器U5；

第二变压器T2的输入侧一端与第二保险丝F2的一端相连，第二保险丝F2的另一端与ECU控制器相连，第二变压器T2的输入侧的另一端与ECU控制器相连，第二变压器T2的输出侧与同向放大电路301相连。

同向放大电路301包括第二十电阻R17、第二十一电阻R16、第二十二电阻R19、第二十三电阻R24、第六拨动开关S6和第二运算放大器U3，第二十电阻R17的一端与第二变压器T2的输出侧的一端相连，第二十电阻R17的另一端与第二十一电阻R16的一端、第二运算放大器U3的同相输入端相连，第二十一电阻R16的另一端接地，第二十二电阻R19的一端与第二变压器T2的输出侧的另一端相连并接地，第二十二电阻R19的另一端与第二十三电阻R24的一端、第二运算放大器U3的反相输入端相连，第二十三电阻的另一端与第二运算放大器U3的输出端、第六拨动开关S6的常闭触点相连；第六电容C14与第二十三电阻R24并联设置。

第三运算放大器U4的同相输入端与第六拨动开关S6的公共端、数模转换器401的输入参考引脚相连，第六拨动开关S6的常开触点接入参考电压，第三运算放大器U4的反相输入端与第三运算放大器U4的输出端、第十五二极管D10的阳极相连。

第十五二极管D10的阴极与第十五电阻R18的一端相连，第十五电阻R18的另一端与第十六电阻R21的一端、迟滞比较器U5的反相输入端相连，第十六电阻R21的另一端接地。

迟滞比较器U5的同相输入端与第十七电阻R25的一端、第十八电阻R27的一端以及第十九电阻R26的一端相连，第十七电阻R25的另一端接电源，第十八电阻R27的另一端接地，第十九电阻R26的另一端与迟滞比较器U5的输出端、FPGA 200的第二输入端相连。

具体的，输入单元300工作在旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式下，输入端的Sense+/Sense-信号是来自ECU控制器的励磁信号。同向放大电路301的放大倍数由第二十三电阻R24与第二十二电阻R19的比值、第二十电阻R17、第二十一电阻R16的比值决定。第六电容C14与第二十三电阻R24并联设置，用于对第二运算放大器U3进行相位补偿，进而使第二运算放大器U3的输出更加准确稳定。

当数模转换器401的参考电压使用外部参考时，第六拨动开关S6的公共端与常闭触点即第二运算放大器U3的输出端相连；当数模转换器401的参考电压使用内部参考时，第六拨动开关S6的公共端与常开触点即参考基准电压REF10V相连。

第三运算放大器U4的同向输入端与第六拨动开关S6的公共端相连，反向输入端与第三运算放大器U4的输出端相连，组成电压跟随电路，提高输入阻抗，隔离前后级电路之间的相互影响。

第十五二极管D10与第三运算放大器U4的输出相连，可以将交流电变换成单一方向的脉冲直流电。第十五二极管D10的阴极与第十五电阻R18相连，第十五电阻R18与第十六电阻R21串联，将电压信号按比例缩小后接入迟滞比较器U5的反向输入端。通过第十七电阻R25、第十八电阻R27、第十九电阻R26的比例关系设定迟滞比较器U5的两个阈值电压；迟滞比较器U5的脉冲输出端接入FPGA 200。

进一步的，继续参见图1传感器仿真板卡还包括：电源单元500和隔离电源单元600；电源单元500的输入端与隔离电源单元600的输出端连接，电源单元500的输出端分别与接口电路100、FPGA 200、输入单元300和输出单元400相连。电源单元500用于为传感器仿真板卡供电，隔离电源单元600用于隔离电源单元500。

本发明实施例中，通过接口电路与上位机进行通信，接收上位机发送的配置指令，并将其发送给FPGA，由FPGA根据该配置指令和输入单元采集到的励磁信号，生成控制信号和旋转变压器型信号，或者控制信号和电涡流型信号；再由输出单元根据控制信号对旋转变压器型信号处理后经过隔离变压器输出，或者由输出单元根据控制信号对电涡流型信号处理后输出，输出至ECU控制器。由于配置指令中包括传感器状态参数配置指令，因此本方案提供的旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡可实现使用一个传感器仿真板卡实现ECU在两种不同传感器仿真模式下的正常和异常条件的测试仿真，缩短研发和测试周期，提高效率，降低成本。

需要说明的是，本发明所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本申请范围。如本发明说明书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

还需说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。

Claims (6)

1.一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡，其特征在于，所述旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡包括旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式和电涡流型电机位置传感器仿真输出模式；所述传感器仿真板卡包括：接口电路、FPGA、输入单元和输出单元；

所述接口电路用于与上位机进行通信，接收上位机发送的配置指令；

所述FPGA的第一输入端与所述接口电路连接，所述FPGA的第二输入端与所述输入单元的第一输出端连接，所述FPGA的输出端与所述输出单元的第一输入端相连；

所述输入单元的输入端与ECU控制器相连，所述输入单元的第二输出端与所述输出单元的第二输入端相连；所述输出单元包括：数模转换器、单端转差分电路、第一输出保护电路、第二输出保护电路、第一变压器电路、第二变压器电路、第一拨动开关、第二拨动开关、第三拨动开关、第四拨动开关以及第五拨动开关；所述输出单元用于根据配置指令切换旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式或电涡流型电机位置传感器仿真输出模式；

当所述旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡为旋转变压器型电机位置传感器仿真输出模式时，所述单端转差分电路未串入电路；

具体包括：

所述数模转换器的输入端与所述FPGA的输出端、所述输入单元的第二输出端相连，所述数模转换器的第一输出端与所述第一拨动开关的公共端相连，所述数模转换器的第二输出端与所述第三拨动开关的常闭触点相连；

所述第一拨动开关的常闭触点与所述第二拨动开关的常闭触点相连，所述第一拨动开关与常闭触点接通，所述第二拨动开关与常闭触点接通；

所述第一输出保护电路的输入端与所述第二拨动开关的公共端相连，所述第一输出保护电路的输出端与所述第四拨动开关的公共端相连，所述第四拨动开关与常闭触点接通；

所述第一变压器电路的输入端与所述第四拨动开关的常闭触点相连，所述第一变压器的输出端与所述ECU控制器相连；

所述第二输出保护电路的输入端与所述第三拨动开关的公共端相连，所述第二输出保护电路的输出端与所述第五拨动开关的公共端相连，所述第五拨动开关与常闭触点接通；

所述第二变压器电路的输入端与所述第五拨动开关的常闭触点相连，所述第二变压器的输出端与所述ECU控制器相连；

当所述旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡为电涡流型电机位置传感器仿真输出模式时，所述第一变压器电路和所述第二变压器电路未串入电路；

具体包括:

所述数模转换器的输入端与所述FPGA的输出端、所述输入单元的第二输出端相连，所述数模转换器的第一输出端与所述第一拨动开关的公共端相连，所述第一拨动开关与常开触点接通；

所述单端转差分电路的输入端与所述第一拨动开关的常开触点相连，所述单端转差分电路的第一输出端与所述第二拨动开关的常开触点相连，所述单端转差分电路的第二输出端与所述第三拨动开关的常开触点相连；所述第二拨动开关与常开触点接通，所述第三拨动开关与常开触点接通；

所述第一输出保护电路的输入端与所述第二拨动开关的公共端相连，所述第一输出保护电路的输出端与所述第四拨动开关的公共端相连，所述第四拨动开关与常开触点接通，所述第四拨动开关的常开触点与所述ECU控制器相连；

所述第二输出保护电路的输入端与所述第三拨动开关的公共端相连，所述第二输出保护电路的输出端与所述第五拨动开关的公共端相连，所述第五拨动开关与常开触点接通，所述第五拨动开关的常开触点与所述ECU控制器相连；

所述输出单元的输出端与所述ECU控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡，其特征在于，所述单端转差分电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、全差动运算放大器、第一电容和第二电容；

所述第一电阻的一端与所述第一拨动开关的常开触点相连，另一端与所述全差动运算放大器的输入正端、第二电阻相连；

所述第二电阻的一端与所述全差动运算放大器的输入正端相连，另一端与所述全差动运算放大器的输出负端、所述第三拨动开关的常开触点相连；

所述第三电阻的一端接地，另一端与所述全差动运算放大器的输入负端、第四电阻相连；

所述第四电阻的一端与所述全差动运算放大器的输入负端相连，另一端与所述全差动运算放大器的输出正端、所述第二拨动开关的常开触点相连；

所述第一电容一端接地，另一端与所述全差动运算放大器的供电引脚相连；

所述第二电容一端接地，另一端与所述全差动运算放大器的输出共模电压引脚相连。

3.根据权利要求1所述的一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡，其特征在于，所述第一输出保护电路包括：第一运算放大器、第三电容、第四电容、第五电容、第一直流电路、第二直流电路、第三直流电路、输出电流限制电路、输入电流限制电路、钳位保护电路、欠压保护电路、过压保护电路、第十一二极管、第十二二极管、第一放大晶体管、第二放大晶体管；

所述第一运算放大器的同相输入端与所述第二拨动开关的公共端连接，所述第一运算放大器的输出端经过所述第三电容与所述第一运算放大器的反相输入端连接；

所述第三电容的一端与所述第一运算放大器的输出端相连，另一端与所述第一运算放大器的反相输入端相连；

所述第四电容的一端接地，另一端与所述第一直流电路的输入端相连；

所述第一直流电路包括第一二极管、第二二极管和第五电阻，所述第一二极管的阳极接电源端，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阳极相连，所述第二二极管的阴极与所述第五电阻的一端相连，所述第五电阻的另一端接地；

所述第五电容的一端接地，另一端与所述第二直流电路的输入端相连；

所述第二直流电路包括第三二极管、第四二极管和第六电阻，所述第四二极管的阴极接电源端，所述第四二极管的阳极与所述第三二极管的阴极相连，所述第三二极管的阳极与所述第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端接地；

所述第三直流电路包括第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第七电阻、第八电阻、第一三极管和第二三极管，所述第七电阻的一端与所述第四电容的一端、所述第一二极管的阳极相连，所述第七电阻的另一端与所述第一三极管的第一端相连，所述第一三极管的基极与所述第二二极管的阴极、第五电阻的一端相连，所述第一三极管的第二端与所述第五二极管的阳极相连，所述第五二极管的阴极与所述第六二极管的阳极相连，所述第六二极管的阴极与所述第七二极管的阳极、所述第一运算放大器的输出端相连，所述第七二极管的阴极与所述第八二极管的阳极相连，所述第八二极管的阴极与所述第二三极管的第一端相连，所述第二三极管的基极与所述第六电阻的一端、第三二极管的阳极相连，所述第二三极管的第二端与所述第八电阻的一端相连，所述第八电阻的另一端与所述第五电容的一端、所述第四二极管的阴极相连；

所述钳位保护电路包括第九二极管和第十二极管，所述第九二极管的阴极接电源正端，所述第九二极管的阳极与所述第十二极管的阴极、所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第十二极管的阳极接电源负端；

所述输出电流限制电路包括第三三极管、第九电阻和第十电阻，所述第三三极管的第一端与所述第一三极管的第二端、所述第一放大晶体管的基极相连，所述第三三极管的第二端与所述第十电阻的一端、所述第十一二极管的阳极相连，所述第三三极管的基极与所述第九电阻的一端相连，所述第九电阻的另一端与所述第十电阻的一端、所述第一放大晶体管的第二端相连；

所述输入电流限制电路包括第四三极管、第十一电阻和第十二电阻，所述第四三极管的第一端与所述第二三极管的第一端、所述第二放大晶体管的基极相连，所述第四三极管的第二端与所述第十二电阻的一端、所述第十二二极管的阴极相连，所述第四三极管的基极与所述第十一电阻的一端相连，所述第十一电阻的另一端与所述第十二电阻的一端、所述第二放大晶体管的第一端相连；

所述欠压保护电路包括第一稳压二极管和第十三电阻，所述第一稳压二极管的阳极与所述第三三极管的基极相连，所述第一稳压二极管的阴极与所述第十三电阻的一端相连，所述第十三电阻的另一端与所述第一放大晶体管的第一端相连；

所述过压保护电路包括第二稳压二极管和第十四电阻，所述第二稳压二极管的阴极与所述第四三极管的基极相连，所述第二稳压二极管的阳极与所述第十四电阻的一端相连，所述第十四电阻的另一端与所述第二放大晶体管的第二端相连；

所述第二输出保护电路的结构与所述第一输出保护电路的结构相同。

4.根据权利要求1所述的一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡，其特征在于，所述第一变压器电路包括：第一变压器和第一保险丝；

所述第一变压器的输入侧一端与所述第四拨动开关的常闭触点相连，另一端接地，所述第一变压器的输出侧一端与所述第一保险丝的一端相连，所述第一保险丝的另一端与所述第四拨动开关的常开触点相连，作为差分输出的正端，所述第一变压器的输出侧的另一端为差分输出的负端，所述差分输出的正端和所述差分输出的负端与所述ECU控制器相连；

所述第二变压器电路的结构与所述第一变压器电路的结构相同。

5.根据权利要求1所述的一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡，其特征在于，所述输入单元包括：第二变压器、第二保险丝、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第六电容、第十五二极管、同向放大电路、第三运算放大器、迟滞比较器；

所述第二变压器的输入侧一端与所述第二保险丝的一端相连，所述第二保险丝的另一端与所述ECU控制器相连，所述第二变压器的输入侧的另一端与所述ECU控制器相连，所述第二变压器的输出侧与所述同向放大电路相连；

所述同向放大电路包括第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第六拨动开关和第二运算放大器，所述第二十电阻的一端与所述第二变压器的输出侧的一端相连，所述第二十电阻的另一端与所述第二十一电阻的一端、所述第二运算放大器的同相输入端相连，所述第二十一电阻的另一端接地，所述第二十二电阻的一端与所述第二变压器的输出侧的另一端相连并接地，所述第二十二电阻的另一端与所述第二十三电阻的一端、所述第二运算放大器的反相输入端相连，所述第二十三电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端、所述第六拨动开关的常闭触点相连；

所述第六电容与所述第二十三电阻并联设置；

所述第三运算放大器的同相输入端与所述第六拨动开关的公共端、所述数模转换器的输入参考引脚相连，所述第六拨动开关的常开触点接入参考电压，所述第三运算放大器的反相输入端与所述第三运算放大器的输出端、所述第十五二极管的阳极相连；

所述第十五二极管的阴极与所述第十五电阻的一端相连，所述第十五电阻的另一端与所述第十六电阻的一端、所述迟滞比较器的反相输入端相连，所述第十六电阻的另一端接地；

所述迟滞比较器的同相输入端与所述第十七电阻的一端、所述第十八电阻的一端以及所述第十九电阻的一端相连，所述第十七电阻的另一端接电源，所述第十八电阻的另一端接地，所述第十九电阻的另一端与所述迟滞比较器的输出端、所述FPGA的第二输入端相连。

6.根据权利要求1所述的一种旋转变压器及电涡流位置传感器仿真板卡，其特征在于，所述传感器仿真板卡还包括：电源单元和隔离电源单元；

所述电源单元的输入端与所述隔离电源单元的输出端连接，所述电源单元的输出端分别与所述接口电路、所述FPGA、所述输入单元和所述输出单元相连。