[发明专利]一种惯性传感器IMU信号模数转换模块

权利要求书

1.一种惯性传感器IMU信号模数转换模块，其包括惯性传感器IMU模拟信号预处理模块（1）和模数转换、自诊断与数据平滑模块（2），其特征在于：

    所述IMU模拟信号预处理模块（1）中将3路动调挠性陀螺仪（3）和3路石英加速度计（4）输出的模拟电流信号分别经过3路高精度陀螺仪信号采样电阻（5）和3路高精度加速度计信号采样电阻（6）转换为电压信号，3路高精度陀螺仪信号分别经过3路前向滤波通道（7）进行滤波，3路加速度计信号分别经过3路前向滤波通道（8）进行滤波；

所述3路前向滤波通道（7）输出的3路陀螺仪模拟信号分别经过所述模数转换、自诊断与数据平滑模块（2）中的3片16位模数转换ADC芯片（9）进行模数转换，得到串行转换数据，再经过1片现场可编辑逻辑芯片CPLD（11）进行串行数据到并行数据的转换得到16位IMU并行转换数据；

所述3路前向滤波通道（8）输出的3路加速度计模拟信号分别经过所述模数转换、自诊断与数据平滑模块（2）中的3片16位模数转换ADC芯片（10）进行模数转换，得到串行转换数据，再经过1片现场可编辑逻辑芯片CPLD（12）进行串行数据到并行数据的转换得到16位IMU并行转换数据；

高速微控制单元MCU（14）通过8位数据总线分时获取所述16位IMU并行转换数据、IMU故障诊断监测信号（13）和温度传感器芯片（15）测量的温度值，以固定报文格式经光耦隔离与电平转换装置（16）和（17）后发送给导航计算机系统（18），同时通过RS422串口接收导航计算机系统（18）传送过来的200Hz时钟信号对IMU采样频率进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种惯性传感器IMU信号模数转换模块，其特征在于：所述的3路前向滤波通道（7）和（8）中每路滤波通道由两片运算放大器OP177组成，第一片完成电压滤波，第二片完成电压跟随，同时在输出末端增加由整流二极管和稳压二极管构成的限幅电路，将输出电压控制在 -5V到+5V之间。

3.根据权利要求1所述的一种惯性传感器IMU信号模数转换模块，其特征在于：所述的6片16位ADC芯片（9）和（10）选用MAX195芯片，电源为+5V和-5V，参考电压为+4.096V，且配置为双极性模式，即输入电压范围为-4.096V到+4.096V，所述CPLD（11）和（12）控制6片MAX195同步采样。

4.根据权利要求1所述的一种惯性传感器IMU信号模数转换模块，其特征在于：所述CPLD（11）和CPLD（12）采用ALTERA 7160STC100芯片，CPLD（11）将3路动调挠性陀螺仪串行数据转换为并行数据，CPLD（12）将3路石英加速度计串行数据转换为并行数据，所述CPLD（11）和所述CPLD（12）中均使用7474对6M时钟进行分频得到1.5M时钟作为所述MAX195的转换时钟信号AD_CLK，将所述高速MCU的P2脚与所述AD_CLK相“或”得到的信号作为所述MAX195的转换开始信号                                                ，所述CPLD（11）和所述CPLD（12）中均使用6片8位输出移位寄存器74595，每路使用2片，将串行数据转换为16位的并行数据，所述6片MAX195的转换完成信号均取反相再相“或”得到的信号输入所述高速MCU（14）外部中断0引脚，该信号通知所述MCU（14）读取所述CPLD（11）和（12）输出的16位并行数据，同时所述CPLD（11）通过所述高速MCU（14）读取所述IMU故障诊断监测信号（13），所述移位寄存器74595通过所述高速MCU（14）根据地址译码进行片选读取各路并行转换结果。

5.根据权利要求4所述的一种惯性传感器IMU信号模数转换模块，其特征在于：所述高速MCU（14）选用WINBOND77E58，外部配置看门狗芯片MAX813L，选用引脚5和引脚7配置为I2C总线对所述温度传感器芯片（15）进行控制，并读取温度值，所述200Hz时钟信号输入外部中断1引脚，通过中断服务程序完成对所述看门狗芯片MAX813L的循环写操作和控制所述MAX195的采样频率。

6.根据权利要求1所述的一种惯性传感器IMU信号模数转换模块，其特征在于：所述光耦隔离与电平转换装置（16）和（17）选用2片HCPL2630作为光耦隔离器件，1片用于隔离所述200Hz时钟，1片用于隔离所述高速MCU（14）串口发送报文信号，选用MC3486实现导航计算机系统的200Hz时钟RS422到TTL电平转换，选用MC3487实现所述高速MCU（14）串口数据的TTL到RS422电平转换。