CN105306056A - 一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于模拟数字混合电路技术，具体涉及一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法。包括如下步骤：步骤1、预先存储指定温度点的补偿值，包括：步骤1.1、获取待补偿电路常温时的标度因数平均值，作为基准点；步骤1.2、获取待补偿电路常温以外的多个温度点的标度因数平均值，并计算与基准点的偏差；步骤1.3、进行存储；步骤2、使用预先存储的补偿值对于待补偿电路进行补偿，包括：步骤2.1、温度传感器实时测量环境温度；步骤2.2、进行查表或插值计算，确定补偿值；步骤2.3、进行温度补偿。上述处理器电路用FPGA实现，设计灵活方便，可在软件中对测量信号进行误差补偿，能够补偿具有非线性特性温度曲线的标度因数，为电路的高精度、小型化、低成本提供了保证。
Description
技术领域
本发明属于模拟数字混合电路技术，具体涉及一种电流/频率转换电路温度补偿的方法，特别是一种能够补偿电流/频率转换电路标度因数温度特性的数字式温度补偿方法。
技术背景
电流/频率转换电路(属于AD转换电路)是惯导系统的重要部件之一，在惯性导航系统中与加速度计一起使用，将加速度计的输出电流转换成与其成正比的数字脉冲信号，以适应导航计算机计数器接口的计数需要。由于电子元器件的工作性能随温度发生变化，温度因素是影响转换电路工作性能的重要因素，温度漂移是衡量转换电路性能的一项重要指标。转换电路的输出频率与输入电压的比例系数称为标度因数。在电路工作温度范围内标度因数的最大相对变化量称为转换标度因数的温度漂移(简称温漂)。转换电路必须进行温度补偿以降低温度因素的影响。
现有技术通常单纯依靠提高关键元器件的精度等级无法实现效能与成本的平衡问题，硬件式补偿方法无法应对非线性温度补偿曲线问题。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种能够补偿电流/频率转换电路标度因数温度特性的数字式温度补偿方法。
技术方案
本发明是一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、预先存储指定温度点的补偿值，包括如下步骤：
步骤1.1、获取待补偿电路常温时的标度因数平均值，作为基准点；
步骤1.2、获取待补偿电路常温以外的多个温度点的标度因数平均值，并计算与基准点的偏差；
步骤1.3、得到步骤2中每个温度点所对应的补偿值，进行存储；
步骤2、使用预先存储的补偿值对于待补偿电路进行补偿，包括如下步骤：
步骤2.1、温度传感器实时测量环境温度并传给中央处理电路；
步骤2.2、中央处理电路根据温度值，在预先存储的补偿值中，进行查表或插值计算，确定在此环境温度下所需的补偿值；
步骤2.3、通过D/A转换器对转换电路输出频率进行温度补偿。
如上所述的一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法，其中，在步骤2中，使用查表法计算，其中，查表法根据温度标定的试验数据求得二次校正曲线，然后把曲线上各个校正点的数据以表格形式存入存储单元中。
如上所述的一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法，其中，所述D/A转换器采用单片封装12通道8位DAC芯片AD8802，输出模拟电压的公式为：
Vout＝D*5V/256....................................(1)
其中，D表示温度补偿值的数字量，Vout表示输出的补偿用模拟电压量。
有益效果
使用发明的效果是：电流/频率转换电路标度因数的数字式温度补偿方法，处理器电路用FPGA实现，设计灵活方便，可在软件中对测量信号进行误差补偿，能够补偿具有非线性特性温度曲线的标度因数，为电路的高精度、小型化、低成本提供了保证。同时，本发明中使用的电路资源可以通用，在不需要进行补偿的时候可以作为其他处理电路使用。
附图说明
图1是数字式温度补偿流程图；
图2是中央处理电路组成框图；
图3是温度传感器测温程序流程图。
具体实施方式
以下，结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步的说明。
如图1-3所示，本发明是这样实现的：根据温度传感器测试得到的环境温度值，输出相应的数字信号，经过D/A转换后调整反馈基准电流，实时改变转换电路输出频率，减小温度变化对输出频率产生的影响。温度补偿电路主要包括测温电路、中央处理电路和D/A转换电路三个单元。
测温电路单元的功能是采集电路板温度信息，提供给中央处理电路。中央处理电路单元中的温度采集模块获取温度信息后，提供给查表模块进行判温处理、补偿数据的查表运算，然后控制D/A控制模块输出相应的补偿数字量到补偿电路单元。补偿电路单元的作用是根据输出补偿数据产生输出电压，对反馈基准电压进行补偿。
数字式温度补偿的措施是，首先在全温范围内对转换电路进行标定，在一定间隔的温度点上分别测试并计算得到每一转换通道的标度因数平均值(或者等效值)。
一般以常温时的标度因数平均值(或者等效值)作为基准点，计算出其它温度点的标度因数平均值与基准点的偏差，以此作为补偿依据，得到每个温度点所需的补偿值，预先写入中央处理电路。
这样，温度传感器实时测量环境温度并传给中央处理电路，中央处理电路根据温度值进行查表或插值计算，确定在此环境温度下所需的补偿值，最后通过D/A转换器对反馈基准电压进行补偿，也即对转换电路输出频率进行温度补偿。
中央处理电路设计的硬件采用FPGA作为核心控制芯片，融合了ARM处理器的内核(硬核)、FPGA内核以及模拟的部件，具有低成本、低功耗、高安全性和可靠性的特点。其中，ARM处理器的内核提供给系统总体使用，而FPGA逻辑资源用于实现温度补偿方案，不依赖ARM处理器工作。
温度补偿数据的获取方法通常有查表法和插值法，出于对FPGA逻辑资源消耗的考虑，对标度因数的温度补偿数据采用了查表法。查表法一般适用于参数计算复杂、采用计算法编程较烦琐等情况。查表法根据温度标定的试验数据求得二次校正曲线，然后把曲线上各个校正点的数据以表格形式存入存储单元中。在实时测量中，通过查表来补偿测量结果。DA控制模块实现多通道多位数模转换功能，采用三线SPI方式进行温度补偿数据的控制与传输。
补偿电路的设计方法是：D/A转换电路采用单片封装12通道8位DAC芯片AD8802。它具有独立的可编程输出端口，具备三线SPI串口输入端，可预设半量程。输出模拟电压的公式可以简化为：
Vout＝D*5V/256....................................(1)
其中，D表示温度补偿的数字量(范围在0～255)，Vout表示输出模拟电压量(范围在0V～5V)。
D/A输出电压通过100kΩ电阻连接到桥式电流反馈开关电路单元中，与通过1kΩ电阻接到反馈基准电压产生电路共同作用，进而对反馈基准电流产生影响。由此参数设置可知，当D/A输出电压由0V变为+5V时，反馈基准电流变化量为50μA，反馈基准电流相对变化量ΔI＝50μA/10mA＝5‰。因此，在-40℃～70℃的全温度范围内，数字式温度补偿对转换电路输出频率的补偿能力为45ppm/℃。在常温下测量数模转换器件AD8802的输出电压值，从而判断温补电路是否正常工作，然后在全温范围内验证温补的测试数据。
虽然通过上述实施例对本发明所述的一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法进行了详细的说明，但是上述说明并不是对本发明的限定，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种变形和变更，例如，最优化的方法可以在现有技术的各种方法中选择。
Claims (3)
1.一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、预先存储指定温度点的补偿值，包括如下步骤：
步骤1.1、获取待补偿电路常温时的标度因数平均值，作为基准点；
步骤1.2、获取待补偿电路常温以外的多个温度点的标度因数平均值，并计算与基准点的偏差；
步骤1.3、得到步骤2中每个温度点所对应的补偿值，进行存储；
步骤2、使用预先存储的补偿值对于待补偿电路进行补偿，包括如下步骤：
步骤2.1、温度传感器实时测量环境温度并传给中央处理电路；
步骤2.2、中央处理电路根据温度值，在预先存储的补偿值中，进行查表或插值计算，确定在此环境温度下所需的补偿值；
步骤2.3、通过D/A转换器对转换电路输出频率进行温度补偿。
2.如权利要求1所述的一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法，其特征在于，在步骤2中，使用查表法计算，其中，查表法根据温度标定的试验数据求得二次校正曲线，然后把曲线上各个校正点的数据以表格形式存入存储单元中。
3.如权利要求2所述的一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法，其特征在于，所述D/A转换器采用单片封装12通道8位DAC芯片AD8802，输出模拟电压的公式为：
Vout＝D*5V/256....................................(1)
其中，D表示温度补偿值的数字量，Vout表示输出的补偿用模拟电压量。
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