CN108900194A - 一种可编程多门限比较的电流频率转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可编程多门限比较的电流频率转换电路，包括积分电路、可编程多门限比较电路、恒流源、开关电路和接口电路；积分电路将输入的电流信号实时转换为电压信号，输入至可编程多门限比较电路，由可编程多门限比较电路对电压值和电压变化趋势进行比较、判断和补偿，并输出给接口电路，当积分电路电荷达到平衡时，通过开关电路控制恒流源对积分电路进行反向充电，直至积分电路输出电压信号满足可编程多门限比较电路的判断要求。本发明的可编程多门限比较的电流频率转换器电路解决了现有的电流频率转换采样率低、精度难提高的缺点，可以用于对电流频率转换精度要求较高的场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流频率转换器电路，特别是一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路。
背景技术
在有些惯性导航***中，为实时检测运行姿态，需要实时采集加速度传感器输出（输出电流）来判断运行状态，通过舵机和平台电机控制和干预运行速度和路径。
当前，在惯导***中，用于加速度输出采集的电流频率转换技术已经比较成熟，并且能够达到比较高的精度。现有的电流频率技术，由分立器件实现转化功能，发展到CPLD/FPGA精确控制小型化，恒流源模块集成化，数字模拟转换器及数字信号处理器的实时补偿，已经有了很大的进步，同时给以后的创新发展带来了一定的难度。
随着武器打击精度的需求提高，对用于姿态测量的电流频率转换器提出更高的要求。电流频率转换器从分立器件到数字补偿有了一定程度的提高，但依然不能满足更高精度的使用需求。
发明内容
本发明的目的就是为了解决已有的电流频率转换器电路的采样率低、精度难提高等缺点，提供一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路，其特征在于，包括积分电路、可编程多门限比较电路、恒流源电路、开关电路、接口电路等5部分；
积分电路可将输入的电流信号实时转换为电压信号，输入至可编程多门限比较电路，由可编程多门限比较电路对前一门限电压和正在处理的电压值比较，经补偿输出给接口电路；当多门限比较电路判断积分电路电荷达到平衡时，将控制开关电路控制恒流源对积分电路进行反向充电，直至积分电路输出电压低于可编程多门限比较电路最低门限。
积分电路核心器件为运算放大器，还包括电容等***电路构成。一般的运放是不能满足使用要求的，电路本身必须能够对零位和漂移进行自校正。为了提高转换器的精度,减小零位漂移, 抑制小信号输入时的由于运放漂移产生的噪声，选用了斩波自稳零运放ICL7650，它是采用 CMOS 工艺集成的斩波稳零高精度运放，输入电阻为1012Ω，偏置电流在25°C时为4pA，输入失调电压为1μV，共模抑制比为140dB，增益为150dB，性优价廉，尤其具有其它高阻运放没有的自动稳零优点，很适合作 I/F 转换器的积分电路。
恒流源的主要功能是提供基准电流， 由于电流频率转换电路是根据电量平衡原理进行精确量化，恒流源的变化对转换电路的性能影响最大，是电路设计中最重要的部分之一。对基准电流影响关键的器件是稳压基准源和精密电阻， 稳压基准选用LM199AH， 长时间稳定性典型值是２×1０－５/1000ｈ。
开关电路核心器件为模拟开关，根据整体需求，选用ADG1421BRMZ。
接口电路包括RS422电平转换电路、RS422电平转换电路和隔离及电平转换电路包括RS422电平转换电路、RS422电平转换电路和隔离及电平转换电路，主要实现频率信号的通过RS422接口数字输出、频率信号的输出、配置信息通过RS422接口的交互通讯等。
可编程多门限比较电路包括电源变换***、数模转换器和处理器；实现对积分电路输出信号每个周期内多次采样、分析、判断和输出。
输入的多路电源信号经电源变换***转换为适于给数模转换器和处理器进行供电；积分电路输出的电压信号经数模转换器转换为模拟信号后输入处理器；经处理器处理后输出给接口电路。
处理器输出给接口电路的信号有配置/输出用UART0接口、配置/输出用UART1接口、原始脉冲输出接口、扩展脉冲输出接口、过流警告输出、转换状态显示输出信号。
本发明所达到的有益效果：
本发明的可编程多门限比较的电流频率转换器电路解决了现有的电流频率转换采样率低、精度难提高的缺点，可以用于对电流频率转换精度要求较高的场合。
附图说明
图1是本发明一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路的电路框图。
图2是本发明一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路的可编程多门限比较电路原理框图。
图3是本发明一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路的接口电路原理框图。
图4是本发明一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路的可编程多门限比较电路中的电源变换***部分原理图1。
图5是本发明一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路的可编程多门限比较电路中的电源变换***部分原理图2。
图6是本发明一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路的可编程多门限比较电路中的数模转换器部分原理图。
图7是本发明一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路的可编程多门限比较技术思路。
图8是本发明一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路编程规则和真值表。
具体实施方式
以下结合附图，详细说明本方案的实施方式。
由图1所示，本发明一种可编程多门限比较的电流频率转换电路，由积分电路1、多门限比较电路2、恒流源电路3、开关电路4、接口电路5组成。
由图2所示，是多门限比较电路2原理框图，由电源变换***、数模转换器、处理器电路组成。输入信号有多路电源和积分后的电压信号；多路电源经电源变换***转换为适于给数模转换器和处理器进行供电。积分后的电压信号经数模转换器转换为模拟信号后输入处理器。由处理器对前一门限电压和正在处理的电压值比较、判断，并根据电压变化趋势进补偿，输出给接口电路。输出给接口电路的信号有配置/输出用UART0接口、配置/输出用UART1接口、原始脉冲输出接口、扩展脉冲输出接口、过流警告输出、转换状态显示输出。
由图3所示，是本发明一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路的接口电路5原理框图；RS232电平转换电路将接收的UART0接口的TTL信号进行隔离后输出；RS422电平转换电路将接收的UART1接口的TTL信号转换为RS422接口；隔离及电平转换电路将接收的原始脉冲、扩展脉冲、过流警告相应数字信号进行隔离和保护后输出。
由图4和图5所示，是本发明的可编程多门限比较电路中的电源变换***原理图，主要使用了LM5008和LM1117两种集成电路及若干电阻、电容和电感。主要实现对电源电压变换，为后级电路供电。
由图6所示，是本发明的可编程多门限比较电路中的数模转换器原理图，采用了美国ADI公司的数模转换器AD7367-5，该器件ADC量程±10V，采样速率500KHz，采样精度16位，满足使用要求，控制方式为串行通讯且同步采样，可缩小电路尺寸。
由图7所示，是本发明可编程多门限比较技术思路。现有技术方案中在积分器工作一个周期内只进行门限比较一次，本发明采用了多门限技术，且可编程，采样门限可高达1024个，是现有方案的1024倍。
由图8所示，是本发明一种可编程多门限比较的电流频率转换器电路编程规则和真值表，配置指令设置包括帧头、模式、门限起点、门限终点、步进、检验和帧尾。本发明仅介绍多门限编程相关的配置指令，如配置指令设置为”AA 00 **** **** **** XXXX 55”的形式，则是将本电流频率转换器门限配置为自动模式，因转换器内部积分器硬件决定电荷平衡点固定，软件将根据电流输入电流大小、电流频率、电流阶跃特性优化门限，门限宽度也会根据实际情况自动优化。电流恒定时，距离电压为0V或电荷平衡点电压时，为了增加采样精度，门限宽度会变小。电流为正弦或阶跃时，软件会比稳态时增多门限。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种可编程多门限比较的电流频率转换电路，其特征是，包括积分电路、可编程多门限比较电路、恒流源、开关电路和接口电路；
积分电路将输入的电流信号实时转换为电压信号，输入至可编程多门限比较电路，由可编程多门限比较电路对前一门限电压和正在处理的电压值进行比较，经补偿输出给接口电路；当积分电路电荷达到平衡时，通过开关电路控制恒流源对积分电路进行反向充电，直至积分电路输出电压低于可编程多门限比较电路最低门限。
2.根据权利要求1所述的一种可编程多门限比较的电流频率转换电路，其特征是，积分电路包括斩波自稳零运算放大器 ICL7650。
3.根据权利要求1所述的一种可编程多门限比较的电流频率转换电路，其特征是，恒流源用于向积分电路提供基准电流。
4.根据权利要求1所述的一种可编程多门限比较的电流频率转换电路，其特征是，开关电路采用模拟开关ADG1421BRMZ。
5.根据权利要求1所述的一种可编程多门限比较的电流频率转换电路，其特征是，可编程多门限比较电路包括电源变换***、数模转换器和处理器；
输入的多路电源信号经电源变换***转换为适于给数模转换器和处理器进行供电；积分电路输出的电压信号经数模转换器转换为模拟信号后输入处理器；经处理器处理后输出给接口电路。
6.根据权利要求5所述的一种可编程多门限比较的电流频率转换电路，其特征是，处理器输出给接口电路的信号有配置/输出用UART0接口、配置/输出用UART1接口、原始脉冲输出接口、扩展脉冲输出接口、过流警告输出、转换状态显示输出信号。
7.根据权利要求6所述的一种可编程多门限比较的电流频率转换电路，其特征是，接口电路包括RS422电平转换电路、RS422电平转换电路和隔离及电平转换电路。
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