[發明專利]一種電流頻率轉換電路

有效

• 申請號: 201310364490.9
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103441764A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 馬官營;王沖;李勇;陳小娟;付明睿;陳超;姚寧
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 褚鵬蛟

技術領域

本發明涉及一種電流頻率轉換電路。

背景技術

電流-頻率轉換電路是應用廣泛的一種信號處理電路，尤其是在慣性技術領域。陀螺和加速度計控制電路輸出與敏感角速度成比例的電流，為了便于信號處理，往往需要將電流轉換為與之成比例的頻率信號。傳統的電流-頻率轉換電路原理基于電荷平衡原理，電路將輸入電流積分后與標準的離散化的電量進行比較，定時器控制開關動作實現電荷平衡，從而獲得頻率與輸入電流成正比的脈沖信號。這種積分型電荷平衡式轉換原理，可對輸入信號進行連續測量，不存在離散采樣導致的信息丟失問題，因此在慣性儀表中得到廣泛應用。

“電流-頻率轉換類型綜述”（導航與控制第8卷第1期2009年2月）一文綜述了幾種電流-頻率轉換電路的工作原理及電路組成，文中所述電路均為單一刻度電流-頻率轉換電路，即輸出頻率f=K·I，電流分辨率的高低與采樣頻率和量程相關。提高采樣頻率可以提高電流分辨率，但是同時會使轉換過程中誤差項顯著增加，將增大轉換的零位不穩定性和非線性。因此，對于大量程、高分辨率電流-頻率轉換，傳統電路轉換精度極大受到開關性能的影響，開關頻率和過渡過程直接影響轉換精度。

專利（CN201020551468.7）名為一種基于雙積分器的高精度電流頻率轉換電路，通過增加一路分流模式的電流-頻率轉換電路實現大量程電流-頻率轉換。電路復雜，兩個積分器交替工作不能良好銜接，存在無法克服的系統誤差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提供一種高精度、大量程的雙刻度因子電流頻率轉換電路，采用相同性能開關條件下大大提高了動態轉換范圍。

本發明包括如下技術方案：

一種電流頻率轉換電路，包括一個積分器，4組開關+K1、+K2、-K1、-K2，4組恒流源+I1、+I2、-I1、-I2，其中|+I1|=|-I1|，|+I2|=|-I2|，且|+I2|≥|+I1|；4組比較器+C1、+C2、-C1、-C2；4組定時器+T1、+T2、-T1、-T2；

比較器+C1的反相輸入端接固定門限電壓+VT1，比較器+C2的反相輸入端接固定門限電壓+VT2，比較器-C1的同相輸入端接固定門限電壓-VT1，比較器-C2的同相輸入端接固定門限電壓-VT2；輸入電流連接到積分器的輸入端；積分器將輸入電流積分后輸出電壓信號Vi；所述輸出電壓信號Vi連接到比較器+C1、+C2的同相輸入端和比較器-C1、-C2的反相輸入端；比較器+C1的輸出端TRG1+連接至定時器+T1的輸入端；定時器+T1的輸出信號控制開關+K1，同時作為脈沖輸出信號-P1；比較器+C2的輸出端TRG2+連接到定時器+T2的輸入端，定時器+T2的輸出信號控制開關+K2，同時作為脈沖輸出信號-P2；比較器-C1的輸出端TRG1-連接至定時器-T1的輸入端，定時器-T1的輸出信號控制開關-K1，同時作為脈沖輸出信號+P1；比較器-C2的輸出端TRG2-連接至定時器-T2的輸入端，定時器-T2的輸出信號控制開關-K2，同時作為脈沖輸出信號+P2；

開關+K1的一端連接到恒流源+I1，另一端連接到積分器的輸入端；開關+K2的一端連接到恒流源+I2，另一端連接到積分器的輸入端；開關-K1的一端連接到恒流源-I1，另一端連接到積分器的輸入端；開關-K2的一端連接到恒流源-I2，另一端連接到積分器的輸入端。

門限電壓滿足|+VT1|=|-VT1|，|+VT2|=|-VT2|，|+VT2|>|+VT1|。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

（1）本發明利用電荷平衡原理，根據輸入電流的大小，自動切換與之平衡的恒流源，較好的解決了分辨率與量程之間的矛盾，實現了高精度、大量程電流-頻率轉換，采用相同性能開關條件下大大提高了動態轉換范圍；

（2）本發明采用一個積分器，不對輸入信號切換，全量程轉換過程中電流信息不丟失，避免了兩個積分器交替工作不能良好銜接的問題，具有很高的轉換精度。

附圖說明

圖1是本發明的電流-頻率轉換電路原理框圖；

圖2是本發明的電流-頻率轉換電路在某衛星上應用框圖；

圖3是本發明積分器電路圖；

圖4是本發明4組開關的控制示意圖；

圖5是本發明恒流源電路圖；

圖6是其中一個比較器+C1的電路圖；

圖7是本發明定時器狀態轉移圖；圖8是本發明是信號波形圖。

具體實施方式