[发明专利]一种电流频率转换电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流频率转换电路。

背景技术

电流-频率转换电路是应用广泛的一种信号处理电路，尤其是在惯性技术领域。陀螺和加速度计控制电路输出与敏感角速度成比例的电流，为了便于信号处理，往往需要将电流转换为与之成比例的频率信号。传统的电流-频率转换电路原理基于电荷平衡原理，电路将输入电流积分后与标准的离散化的电量进行比较，定时器控制开关动作实现电荷平衡，从而获得频率与输入电流成正比的脉冲信号。这种积分型电荷平衡式转换原理，可对输入信号进行连续测量，不存在离散采样导致的信息丢失问题，因此在惯性仪表中得到广泛应用。

“电流-频率转换类型综述”（导航与控制第8卷第1期2009年2月）一文综述了几种电流-频率转换电路的工作原理及电路组成，文中所述电路均为单一刻度电流-频率转换电路，即输出频率f=K·I，电流分辨率的高低与采样频率和量程相关。提高采样频率可以提高电流分辨率，但是同时会使转换过程中误差项显著增加，将增大转换的零位不稳定性和非线性。因此，对于大量程、高分辨率电流-频率转换，传统电路转换精度极大受到开关性能的影响，开关频率和过渡过程直接影响转换精度。

专利（CN201020551468.7）名为一种基于双积分器的高精度电流频率转换电路，通过增加一路分流模式的电流-频率转换电路实现大量程电流-频率转换。电路复杂，两个积分器交替工作不能良好衔接，存在无法克服的系统误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种高精度、大量程的双刻度因子电流频率转换电路，采用相同性能开关条件下大大提高了动态转换范围。

本发明包括如下技术方案：

一种电流频率转换电路，包括一个积分器，4组开关+K1、+K2、-K1、-K2，4组恒流源+I1、+I2、-I1、-I2，其中|+I1|=|-I1|，|+I2|=|-I2|，且|+I2|≥|+I1|；4组比较器+C1、+C2、-C1、-C2；4组定时器+T1、+T2、-T1、-T2；

比较器+C1的反相输入端接固定门限电压+VT1，比较器+C2的反相输入端接固定门限电压+VT2，比较器-C1的同相输入端接固定门限电压-VT1，比较器-C2的同相输入端接固定门限电压-VT2；输入电流连接到积分器的输入端；积分器将输入电流积分后输出电压信号Vi；所述输出电压信号Vi连接到比较器+C1、+C2的同相输入端和比较器-C1、-C2的反相输入端；比较器+C1的输出端TRG1+连接至定时器+T1的输入端；定时器+T1的输出信号控制开关+K1，同时作为脉冲输出信号-P1；比较器+C2的输出端TRG2+连接到定时器+T2的输入端，定时器+T2的输出信号控制开关+K2，同时作为脉冲输出信号-P2；比较器-C1的输出端TRG1-连接至定时器-T1的输入端，定时器-T1的输出信号控制开关-K1，同时作为脉冲输出信号+P1；比较器-C2的输出端TRG2-连接至定时器-T2的输入端，定时器-T2的输出信号控制开关-K2，同时作为脉冲输出信号+P2；

开关+K1的一端连接到恒流源+I1，另一端连接到积分器的输入端；开关+K2的一端连接到恒流源+I2，另一端连接到积分器的输入端；开关-K1的一端连接到恒流源-I1，另一端连接到积分器的输入端；开关-K2的一端连接到恒流源-I2，另一端连接到积分器的输入端。

门限电压满足|+VT1|=|-VT1|，|+VT2|=|-VT2|，|+VT2|>|+VT1|。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明利用电荷平衡原理，根据输入电流的大小，自动切换与之平衡的恒流源，较好的解决了分辨率与量程之间的矛盾，实现了高精度、大量程电流-频率转换，采用相同性能开关条件下大大提高了动态转换范围；

（2）本发明采用一个积分器，不对输入信号切换，全量程转换过程中电流信息不丢失，避免了两个积分器交替工作不能良好衔接的问题，具有很高的转换精度。

附图说明

图1是本发明的电流-频率转换电路原理框图；

图2是本发明的电流-频率转换电路在某卫星上应用框图；

图3是本发明积分器电路图；

图4是本发明4组开关的控制示意图；

图5是本发明恒流源电路图；

图6是其中一个比较器+C1的电路图；

图7是本发明定时器状态转移图；图8是本发明是信号波形图。

具体实施方式