CN111638744B - 一种电流频率转换电路 - Google Patents

一种电流频率转换电路 Download PDF

Info

Publication number
CN111638744B
CN111638744B CN202010367389.9A CN202010367389A CN111638744B CN 111638744 B CN111638744 B CN 111638744B CN 202010367389 A CN202010367389 A CN 202010367389A CN 111638744 B CN111638744 B CN 111638744B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
voltage
negative
positive
resistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010367389.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111638744A (zh
Inventor
郭山峰
朱红生
沈磊
吴立秋
董清先
曾明芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Aerospace Times Optical Electronic Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Aerospace Times Optical Electronic Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Aerospace Times Optical Electronic Technology Co Ltd filed Critical Beijing Aerospace Times Optical Electronic Technology Co Ltd
Priority to CN202010367389.9A priority Critical patent/CN111638744B/zh
Publication of CN111638744A publication Critical patent/CN111638744A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111638744B publication Critical patent/CN111638744B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Abstract

本发明一种电流频率转换电路，包括：积分电路、电压调制电路、逻辑控制电路、开关电路、恒流源电路、频标模块；积分电路，接收外部电流信号Iin，对外部电流信号Iin进行积分后，得到电压信号，送至电压调制电路对积分电路输出的电压信号进行调制后，输出调制后的电压信号，送至逻辑控制电路；逻辑控制电路，接收到时钟信号后，对开关电路进行控制，开关电路导通时，恒流源电路输出电流，经过开关电路，进入积分电路，将积分电路输出的电压复位；开关电路截止时，开关电路将恒流源电路输出电流截止，实现小型化、低功耗、高精度电流频率的转换。

Description

一种电流频率转换电路
技术领域
本发明涉及一种电流频率转换电路，涉及对电路测量精度、体积、成本，可靠性等均有较高要求的电流频率转换技术领域。
背景技术
电流频率转换电路是惯性导航系统中关键部件之一，它把加速度计提供的电流信号转换为系统所需的频率信号，提供给计算机电路进行数据处理。电流频率转换电路的技术水平直接关系着惯性导航技术的整体水平。基准源电路、电压比较电路和积分电路是电流频率转换电路的重要组成部分。现有技术大多采用双基准组成电流源电路、采用电压设置电路加电压比较器组成电压比较电路，采用积分器加输出推挽(扩流)电路组成积分电路，造成了元器件选型种类多，数量多、体积、功耗都相对较大的问题，不能完全满足航空、航天任务近年来对高集成度、低功耗、低成本、小型化惯性导航装置领域的需要。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种电流频率转换电路，解决现有技术中电路结构复杂，元器件选型种类多，数量多的问题，并在不影响电路精度的前提下，一定程度上提高了电路的可靠性，降低了电路的功耗和成本。
本发明解决的技术方案为：一种电流频率转换电路，包括：积分电路、电压调制电路、逻辑控制电路、开关电路、恒流源电路、频标模块；
积分电路，接收外部电流信号Iin，对外部电流信号Iin进行积分后，得到电压信号，送至电压调制电路；电压调制电路，对积分电路输出的电压信号进行调制后，输出调制后的电压信号，送至逻辑控制电路；
频标模块，能够发出时钟信号，送至逻辑控制电路；
逻辑控制电路，接收到时钟信号后，对开关电路进行控制，首先判断送来的调制后的电压信号是否达到设定的电压阈值，若达到，则逻辑控制电路输出高电平，否则输出低电平，若为高电平，则控制开关电路导通，若为低电平，则控制开关电路截止；开关电路导通时，恒流源电路输出电流，经过开关电路，进入积分电路，将积分电路输出的电压复位(即回到接近没有外部电流信号Iin输入情况下积分电路的初始输出状态)；开关电路截止时，开关电路将恒流源电路输出电流截止；(即恒流源电路输出电流不进入积分电路)
优选的，电压调制电路，包括：正通道电压调制模块、负通道电压调制模块、
逻辑控制电路，包括：正通道逻辑控制模块、负通道逻辑控制模块；
开关电路，包括：第一模拟开关、第二模拟开关；
恒流源电路，包括：正恒流源、负恒流源；
积分电路，接收外部电流信号Iin，对外部电流信号Iin进行积分后，得到电压信号，送至正通道电压调制模块和负通道电压调制模块；
正通道电压调制模块，对积分电路输出的电压信号进行调制后，输出调制后的电压信号，送至正通道逻辑控制模块；
正通道逻辑控制模块，接收到频标模块输出的时钟信号后，判断送来的调制后的电压信号是否达到设定的电压阈值，若达到，则输出高电平，否则输出低电平，对第一模拟开关进行控制，若为高电平，则第一模拟开关导通，若为低电平，则第一模拟开关截止；第一模拟开关导通时，负恒流源输出负电流，经过第一模拟开关，进入积分电路，将积分电路输出的电压复位(即回到接近没有外部电流信号Iin输入情况下积分电路的初始输出状态)；第一模拟开关截止时，第一模拟开关将负恒流源输出负电流截止；(即负恒流源输出的负电流不进入积分电路)
负通道电压调制模块，对积分电路输出的电压信号进行调制后，输出调制后的电压信号，送至负通道逻辑控制模块；
负通道逻辑控制模块，接收到频标模块输出的时钟信号后，判断送来的调制后的电压信号是否达到设定的电压阈值，若达到，则输出高电平，否则输出低电平，对第二模拟开关进行控制，若为高电平，则第二模拟开关导通，若为低电平，则第二模拟开关截止；第二模拟开关导通时，正恒流源输出正电流，经过第二模拟开关，进入积分电路，将积分电路输出的电压复位(即回到没有外部电流信号Iin输入情况下积分电路的初始输出状态)；第二模拟开关截止时，第二模拟开关将正恒流源输出的正电流截止；(即正恒流源输出的负电流不进入积分电路)
优选的，积分电路，包括：电阻R1、电容C、运放、接地电阻R0；
运放的负输入端通过电阻R1接收外部电流信号Iin；运放的正输入端通过接地电阻R0接地；
电容C的一端连接运放的负输入端，另一端连接运放的输出；运放的输出，作为积分电路的输出，同时还连接电压调制电路的输入；
运放的负输入端，还连接第一模拟开关和第二模拟开关。
优选的，电压调制电路，包括：正通道电压调制模块与负通道电压调制模块
正通道电压调制模块，包括：电阻R103和电阻R104；
负通道电压调制模块，包括：电阻R105；
电阻R103的一端和电阻R105的一端，均连接积分电路的输出，
电阻R103的另一端，连接正通道逻辑控制模块的输入，同时通过电阻R104连接外部电源+Vdd；
电阻R105的另一端，连接负通道逻辑控制模块的输入。
优选的，恒流源电路，包括：正恒流源和负恒流源；
正恒流源，包括正电压源和正电流源；
负恒流源，包括负电压源和负电流源；
负电压源，包括：电压基准芯片U1(优选AD公司ADR435)、电容C4、电容C2、电容C3；
负电流源，包括：双运算放大器芯片U4(优选TI公司OPA2277)、二极管D1、二极管D1’、电阻R14、三极管Q1、电阻Rs-、
正电压源，包括：运算放大器U3(优选TI公司OPA277)、电阻R6、三极管Q2、电阻R7；
正电流源，包括：电阻Rs+、三极管Q3、电阻R15、二极管D2、二极管D2’
电压基准芯片U1的电压输入端Vin连接电容C4的一端、电容C2的一端并接地GND；电压基准芯片U1的接地端GND连接电容C4的另一端、电容C2的另一端、-15V电源和电容C3的一端；电容C3的另一端连接电压基准芯片U1的电压输出端Vout，同时作为负参考电压点-Vref；运算放大器U3的正输入端连接负参考电压点-Vref；运算放大器U3的负输入端连接三极管Q2的射级和电阻R7的一端；电阻R7的另一端连接-15V电源；运算放大器U3的输出端OUT连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过电阻R6连接+15V电源，同时作为正参考点+Vref；
电压基准芯片U1的(测试端)NR端、(电压调整端)TRIM端空置；
运算放大器U3的(失调调零端)vqs端、(失调调零端)VCS端空置；
运算放大器U3的电源负端V-连接-15V电源，运算放大器U3的电源正端V+连接+15V电源，
三极管Q1的发射极通过电阻Rs-连接-15V电源，并且连接双运算放大器芯片U4的负输入端-IN1；三极管Q1的集电极通过电阻R14连接二极管D1的负极，二极管D1的负极作为负电流源输出端I-,连接第一模拟开关的一端，第一模拟开关的另一端连接积分电路中的运放的负输入端；二极管D1的正极连接二极管D1’的负极，二极管D1’的正极接地GND；三极管Q1的基极连接双运算放大器芯片U4的第一输出端OUT1；三极管Q3的基极连接双运算放大器芯片U4的第一输出端OUT2；
双运算放大器芯片U4的电源负端V-连接-15V电源，双运算放大器芯片U4的电源正端V+连接+15V电源；
三极管Q3的发射极通过电阻Rs+连接+15V电源，并且连接双运算放大器芯片U4的负输入端-IN2；三极管Q3的集电极通过电阻R15连接二极管D2的正极、二极管D2的负极连接二极管D2’的正极，二极管D2’的负极接地GND；二极管D2的正极，作为正电流源输出端I+；正电流源输出端I+连接第二模拟开关的一端，第二模拟开关的另一端连接积分电路中的运放的负输入端。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过对积分电路输出电压进行调制，具体实现方法为通过电阻配合单电源(如+5V)或双电源(如±5V)对积分电路输出电压进行调制，使其不需要传统电压比较器，仅靠接收端逻辑控制电路就可以实现电压比较功能。具体如下：当有电流流入积分电路时，积分电路输出电压随之变动，该电压同时影响着电压调制电路输出电压向上或向下变动，当电压调制电路的电压达到设定阈值(即集成电路的高低电平识别点，高电平2V，低电平0.8V)，便利用集成电路的电平识别功能实现了积分器输出的电压的比较功能，而传统方案，需要在积分电路后端为正负通道各设置一路包含电压设置电路及电压比较器的电压比较电路；
(2)本发明使用单电压基准设计正负恒流源电路，相比现有方案，减少了电压基准使用数量，且正负恒流源一致性更好。
(3)本发明使用高输入阻抗，高输出的积分运放，因此相比传统方案，积分电路不需要复杂的推挽功率放大(扩流)电路，消除了推挽功率放大器的电压交越死区问题，减小了积分噪声。
(4)本发明可有效的简化电路结构，以更少的元器件种类和数量，实现相同的功能，并在一定程度上提高了电路的精度和可靠性。本发明具有电路结构简单可靠、精度高、体积小、成本低等特点，可广泛应用于航空、航天、惯导系统等领域，特别适用于对体积、精度、成本、可靠性等要求较高的项目，具有较大的社会效益和经济效益。
附图说明
图1本发明转换电路原理框图；
图2本发明积分电路示意图；
图3本发明电压调制电路的一种优选方案单电源设置电压调制电路示意图；
图4本发明电压调制电路的另一种优选方案双电源设置电压调制电路示意图；
图5本发明的恒流源电路的电路图；(a)为恒流源电路的一部分；(b)为恒流源电路的另一部分。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明一种电流频率转换电路，包括：积分电路、电压调制电路、逻辑控制电路、开关电路、恒流源电路、频标模块；积分电路，接收外部电流信号Iin，对外部电流信号Iin进行积分后，得到电压信号，送至电压调制电路；电压调制电路，对积分电路输出的电压信号进行调制后，输出调制后的电压信号，送至逻辑控制电路；频标模块，能够发出时钟信号，送至逻辑控制电路；逻辑控制电路，接收到时钟信号后，对开关电路进行控制，首先判断送来的调制后的电压信号是否达到设定的电压阈值，若达到，则输出高电平，否则输出低电平，若为高电平，则控制开关电路导通，若为低电平，则控制开关电路截止；开关电路导通时，恒流源电路输出电流，经过开关电路，进入积分电路，将积分电路输出的电压复位(即回到积分电路的输出电压为接近0伏的状态)；开关电路截止时，开关电路将恒流源电路输出电流截止；本发明实现了一种小型化、低功耗、高精度电流频率的转换。
本发明主要应用于航空、航天军工惯导系统中，以弹上产品居多，其特殊的应用环境，决定了对电子产品的体积、重量、功耗、精度、可靠性等方面均有着越来越高的要求。相比现有设计，本发明的电路以更简洁的电路结构实现了相同的功能，并实现了减少约20％的元器件使用数量，体积小于46mm*60mm*8mm，重量不高于25g，功耗减少一倍以上(不高于1.5W)，且电路测量精度优于5×10-6，解决了现有技术方案体积、功耗、精度、可靠性等不能兼顾的问题。
本发明一种电流频率转换电路，包括：积分电路、电压调制电路、逻辑控制电路、开关电路、恒流源电路、频标模块；
积分电路，接收外部电流信号Iin，对外部电流信号Iin进行积分后，得到电压信号，送至电压调制电路；电压调制电路，对积分电路输出的电压信号进行调制后，输出调制后的电压信号，送至逻辑控制电路；
频标模块，能够发出时钟信号，送至逻辑控制电路；
逻辑控制电路，接收到时钟信号后，对开关电路进行控制，首先判断送来的调制后的电压信号是否达到设定的电压阈值，若达到，则逻辑控制电路输出高电平，否则输出低电平，若为高电平，则控制开关电路导通，若为低电平，则控制开关电路截止；开关电路导通时，恒流源电路输出电流，经过开关电路，进入积分电路，将积分电路输出的电压复位(即回到没有外部电流信号I输入情况下积分电路的初始输出状态)；开关电路截止时，开关电路将恒流源电路输出电流截止；(即恒流源电路输出电流不进入积分电路)
优选方案：电压调制电路包括：正通道电压调制模块、负通道电压调制模块；
逻辑控制电路，包括：正通道逻辑控制模块、负通道逻辑控制模块；
开关电路，包括：第一模拟开关、第二模拟开关；
恒流源电路，包括：正恒流源、负恒流源；
积分电路，接收外部电流信号Iin，对外部电流信号Iin进行积分后，得到电压信号，送至正通道电压调制模块和负通道电压调制模块；
正通道电压调制模块，对积分电路输出的电压信号进行调制后，输出调制后的电压信号，送至正通道逻辑控制模块；
正通道逻辑控制模块，接收到频标模块输出的时钟信号后，判断送来的调制后的电压信号是否达到设定的电压阈值，若达到，则输出高电平，否则输出低电平，对第一模拟开关进行控制，若为高电平，则第一模拟开关导通，若为低电平，则第一模拟开关截止；第一模拟开关导通时，负恒流源输出负电流，经过第一模拟开关，进入积分电路，将积分电路输出的电压复位(即回到没有外部电流信号I输入情况下积分电路的输出状态)；第一模拟开关截止时，第一模拟开关将负恒流源输出负电流截止；(即负恒流源输出的负电流不进入积分电路)
负通道电压调制模块，对积分电路输出的电压信号进行调制后，输出调制后的电压信号，送至负通道逻辑控制模块；
负通道逻辑控制模块，接收到频标模块输出的时钟信号后，判断送来的调制后的电压信号是否达到设定的电压阈值，若达到，则输出高电平，否则输出低电平，对第二模拟开关进行控制，若为高电平，则第二模拟开关导通，若为低电平，则第二模拟开关截止；第二模拟开关导通时，正恒流源输出正电流，经过第二模拟开关，进入积分电路，将积分电路输出的电压复位(即回到没有外部电流信号I输入情况下积分电路的输出状态)；第二模拟开关截止时，第二模拟开关将正恒流源输出的正电流截止；(即负恒流源输出的负电流不进入积分电路)
优选方案为：积分电路(如图2所示)，包括：电阻R1、电容C1、运放、接地电阻R0；
运放的负输入端通过电阻R1接收外部电流信号I；运放的正输入端通过接地电阻R0接地；
电容C1的一端连接运放的负输入端，另一端连接运放的输出；运放的输出，作为积分电路的输出，同时还连接电压调制电路的输入；
运放的负输入端，还连接第一模拟开关和第二模拟开关。
优选方案为：电压调制电路(如图3所示)，包括：正通道电压调制模块与负通道电压调制模块
正通道电压调制模块，包括：电阻R103和电阻R104；
负通道电压调制模块，包括：电阻R105；
电阻R103的一端和电阻R105的一端，均连接积分电路的输出，
电阻R103的另一端，连接正通道逻辑控制模块的输入，同时通过电阻R104连接外部电源+Vdd；
R103、R104、R105按比例取值，本设计分别优选1.4KΩ、3.6KΩ、1.4KΩ，外部电源接+5V，以提高转换电路的转换性能。
电阻R105的另一端，连接负通道逻辑控制模块的输入。
另一种优选方案为：电压调制电路(如图4所示)，包括：正通道电压调制模块与负通道电压调制模块
正通道电压调制模块，包括：电阻R103和电阻R104；
负通道电压调制模块，包括：电阻R105和电阻R106；
电阻R103的一端和电阻R105的一端，均连接积分电路的输出，
电阻R103的另一端，连接正通道逻辑控制模块的输入，同时通过电阻R104连接外部电源+Vdd；
电阻R105的另一端，连接负通道逻辑控制模块的输入，同时通过电阻R106连接外部电源-Vss；
R103、R104、R105、R106按比例取值，本发明分别优选为3KΩ、3KΩ、3KΩ、30KΩ，外部电源+Vdd接+5V，-Vss接-5V，以提高转换电路的转换性能。
优选方案为：恒流源电路(如图5的(a)，(b)所示)，包括：正恒流源和负恒流源；
正恒流源，包括正电压源和正电流源；
负恒流源，包括负电压源和负电流源；
负电压源，包括：电压基准芯片U1(优选AD公司ADR435)、电容C1、电容C2、电容C3；
负电流源，包括：双运算放大器芯片U4(优选TI公司OPA2277)、二极管D1、二极管D1’、电阻R14、三极管Q1、电阻Rs-、
正电压源，包括：运算放大器U3(优选TI公司OPA277)、电阻R6、三极管Q2、电阻R7；
正电流源，包括：电阻Rs+(采用精密电阻，温漂小于1ppm/℃)、三极管Q3、电阻R15、二极管D2、二极管D2’
电压基准芯片U1的电压输入端Vin连接电容C4的一端、电容C2的一端并接地GND；电压基准芯片U1的接地端GND连接电容C4的另一端、电容C2的另一端、-15V电源和电容C3的一端；电容C3的另一端连接电压基准芯片U1的电压输出端Vout，同时作为负参考电压点-Vref；运算放大器U3的正输入端连接负参考电压点-Vref；运算放大器U3的负输入端连接三极管Q2的射级和电阻R7的一端；电阻R7的另一端连接-15V电源；运算放大器U3的输出端OUT连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过电阻R6连接+15V电源，同时作为正参考点+Vref；
电压基准芯片U1的(测试端)NR端、(电压调整端)TRIM端空置；
运算放大器U3的(失调调零端)vqs端、(失调调零端)VCS端空置；
运算放大器U3的电源负端V-连接-15V电源，运算放大器U3的电源正端V+连接+15V电源，
三极管Q1的发射极通过电阻Rs-(优选采用精密电阻，温漂小于1ppm/℃)连接-15V电源，并且连接双运算放大器芯片U4的副输入端-IN1；三极管Q1的集电极通过电阻R14连接二极管D1的负极，二极管D1的负极作为负电流源输出端I-,连接第一模拟开关的一端，第一模拟开关的另一端连接积分电路中的运放的负输入端；二极管D1的正极连接二极管D1’的负极，二极管D1’的正极接地GND；三极管Q1的基极连接双运算放大器芯片U4的第一输出端OUT1；三极管Q3的基极连接双运算放大器芯片U4的第一输出端OUT2；
双运算放大器芯片U4的电源负端V-连接-15V电源，双运算放大器芯片U4的电源正端V+连接+15V电源；
三极管Q3的发射极通过电阻Rs+连接+15V电源，并且连接双运算放大器芯片U4的负输入端-IN2；三极管Q3的集电极通过电阻R15连接二极管D2的正极、二极管D2的负极连接二极管D2’的正极，二极管D2’的负极接地GND；二极管D2的正极，作为正电流源输出端I+；正电流源输出端I+连接第二模拟开关的一端，第二模拟开关的另一端连接积分电路中的运放的负输入端；
本发明中，进一步优选方案，以进一步提高电路的性能。具体为：
如图1所示，该电流Iin进入积分电路进行积分，积分后输出电压u，由电容的电压和电流的关系得：
Figure BDA0002477071800000111
解这个微分方程可以得到：
Figure BDA0002477071800000112
在一个很小的导航周期内，可以近似的看作加速度恒定，所以Iin恒定，定义u(0)为积分电路初始输出电压，可以得到：
Figure BDA0002477071800000113
从运放输出可以发现输出随线形的上升(Iin为负)或者下降(Iin为正)当上升或者下降到比较电压时，逻辑控制电路电平翻转，下面分析当Iin大于0的时候的情况(Iin小于0的情况原理相同)。当下降到小于比较电压时，逻辑控制电路电平翻转，导致控制负电流源开启的模拟开关打开，负恒流源电流|IS|流入积分器输入端，因为恒流源|IS|大于Iin，所以积分器的输出：
Figure BDA0002477071800000121
解这个微分方程为：
Figure BDA0002477071800000122
由于IS小于0且|IS|大于Iin，输出上升，由于频标和逻辑控制电路的控制，模拟开关只能导通一个频标的周期，在恒流源作用的这一个频标周期内使积分器输出电压上升到高于比较电压，然后恒流源关闭，输出在Iin的作用下再一次下降，从而又一次达到比较电压而模拟开关打开。以这样的原理周而复始，所以从宏观上看，相当|IS|在一个导通周期Ton(频标的周期)内带走的电荷需要Iin在整个周期(输出周期T)内来补偿，则：
Iin×T＝|IS|×Ton
整理得输出频率F为：
Figure BDA0002477071800000123
本发明中，进一步优选拿方案为：
基准电压变换部分，其中C2，C3，C4主要用于电源去耦及输出电压滤波。U1输出值-Vref为-10V，输出电压温度系数优于3ppm/℃。
其中R6，R7，U3，Q2用于正负基准变换，根据运放的虚短虚断原理及三极管特性可知，经过R6的电流几乎等于流过R7的电流，
所以R6取值根据计算可得：
|(-15V-(-Vref))/R7|＝|(+15V-(+Vref))/R6|
本优选方案中-Vref为U1输出的-10V，设计要求+Vref为+10V，则优选取R6＝R7。
本发明的优选方案为：考虑元器件功耗降额及变换精度要求，电阻选用万分之一精度，温度系数优于1ppm/℃的精密电阻，取值优选为R6＝R7＝5KΩ。
本发明的进一步优选方案为：
恒流源产生部分，以正恒流源为例，其中U4，Q3，Rs+，R15用于恒流源产生，D2，D2’作为恒流源泄放通道，提供保护作用。
根据运放的虚短虚断原理及三极管特性可知，恒利源I+可计算得：
I+＝(+15V-(+Vref)/Rs+
为保证恒流源精度，优选Rs+选用万分之一精度，温度系数优于1ppm/℃的精密电阻，I+大小可根据需要对Rs+取值进行调节，本案例I+设置优选为5mA，则Rs+取值优选为1KΩ，考虑元器件功耗降额，R15取值也优选为1KΩ。
以上可设计实现正负双通道恒流源，恒流源大小可调，温度稳定性进一步提升，优于5ppm/℃。
本发明中积分电路的优选方案，如下：
其中，R1为输入保护电阻，防止外部干扰，取值50～100Ω，R0作为调零电阻，一般取值与R1相同。C1为积分电容，选用薄膜电容或Ⅰ类瓷介电容等漏电流小的电容器，积分运放U5使用高输入阻抗，高输出的运算放大器(TI公司OPA192，输出电流可达±65mA)，相比传统方案，积分电路不需要复杂的推挽功率放大(扩流)电路，消除了推挽功率放大器的电压交越死区问题，减小了积分噪声。由具体实施章节电路工作原理可知，C1取值与开关导通周期Ton、输入电流Iin、恒流源大小I、积分电路复位电压变化设定值相关，为保证积分电路复位时，输出电压变化在限定范围内(不超1V)，即设定输入电流Iin为0时，计算C1的取值范围。
由电量守恒原理Ton*I＝C1*1V得
C1＝Ton*I/1V
本优选方案中时钟导通周期Ton＝1us,I＝5mA,计算得C1＝0.005uF，即C1不能小于0.005uF，本设计实例C1优选取值0.01uF。
电压调制电路的优选方案，如下：
优选方案一，其中R103、R104、R105用于对积分器输出电压进行调制，各电阻按比例取值，本设计优选选用1.4KΩ、3.6KΩ、1.4KΩ，外部电源接+5V。
优选方案二，其中R103、R104、R105、R106用于对积分器输出电压进行调制，各电阻按比例取值，本设计选用3KΩ、3KΩ、3KΩ、30KΩ，外部电源+Vdd接+5V，-Vss接-5V)。
电压调制电路的目的是将积分器输出电压范围调制到逻辑控制电路可识别的电压范围(0～5V)，以上非唯一取值方案，可根据实际情况调整。
以上为本发明的一种实施案例，利用本发明技术内容可有有多种相近等效实施方案。但是凡是未脱离本发明关键技术内容的修改，改型等仍属于本发明的保护范围。
本发明具有结构简单，精度高，可靠性高，使用灵活等特点，有效的解决了现有设计结构复杂、元器件种类多，体积大，功耗高等问题，并在一定程度上提高了可靠性，降低了成本。这些提高和改善使得该设计尤其适合对体积、功耗、精度、可靠性、成本等要求较高的航空、航天、军工装备等领域的应用。

Claims (7)

1.一种电流频率转换电路，其特征在于包括：积分电路、电压调制电路、逻辑控制电路、开关电路、恒流源电路、频标模块；
积分电路，接收外部电流信号Iin，对外部电流信号Iin进行积分后，得到电压信号，送至电压调制电路；电压调制电路，对积分电路输出的电压信号进行调制后，输出调制后的电压信号，送至逻辑控制电路；
频标模块，能够发出时钟信号，送至逻辑控制电路；
逻辑控制电路，接收到时钟信号后，对开关电路进行控制，首先判断送来的调制后的电压信号是否达到设定的电压阈值，若达到，则逻辑控制电路输出高电平，否则输出低电平，若为高电平，则控制开关电路导通，若为低电平，则控制开关电路截止；开关电路导通时，恒流源电路输出电流，经过开关电路，进入积分电路，将积分电路输出的电压复位；开关电路截止时，开关电路将恒流源电路输出电流截止；
恒流源电路，包括：正恒流源和负恒流源；
正恒流源，包括正电压源和正电流源；
负恒流源，包括负电压源和负电流源；
负电压源，包括：电压基准芯片U1、电容C4、电容C2、电容C3；
负电流源，包括：双运算放大器芯片U4、二极管D1、二极管D1’、电阻R14、三极管Q1、电阻Rs-、
正电压源，包括：运算放大器U3、电阻R6、三极管Q2、电阻R7；
正电流源，包括：电阻Rs+、三极管Q3、电阻R15、二极管D2、二极管D2’
电压基准芯片U1的电压输入端Vin连接电容C4的一端、电容C2的一端并接地GND；电压基准芯片U1的接地端GND连接电容C4的另一端、电容C2的另一端、-15V电源和电容C3的一端；电容C3的另一端连接电压基准芯片U1的电压输出端Vout，同时作为负参考电压点-Vref；运算放大器U3的正输入端连接负参考电压点-Vref；运算放大器U3的负输入端连接三极管Q2的射级和电阻R7的一端；电阻R7的另一端连接-15V电源；运算放大器U3的输出端OUT连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过电阻R6连接+15V电源，同时作为正参考点+Vref；电压输出端Vout产生负参考电压点-Vref连接对应的双运算放大器U4的+IN1引脚以及三极管Q2的集电极对应的正参考点+Vref连接对应的双运算放大器U4的+IN2引脚；
电压基准芯片U1的测试端即NR端、电压调整端即TRIM端空置；
运算放大器U3的失调调零端即vqs端、失调调零端即VCS端空置；
运算放大器U3的电源负端V-连接-15V电源，运算放大器U3的电源正端V+连接+15V电源，
三极管Q1的发射极通过电阻Rs-连接-15V电源，并且连接双运算放大器芯片U4的负输入端-IN1；三极管Q1的集电极通过电阻R14连接二极管D1的负极，二极管D1的负极作为负电流源输出端I-,连接第一模拟开关的一端，第一模拟开关的另一端连接积分电路中的运放的负输入端；二极管D1的正极连接二极管D1’的负极，二极管D1’的正极接地GND；三极管Q1的基极连接双运算放大器芯片U4的第一输出端OUT1；三极管Q3的基极连接双运算放大器芯片U4的第一输出端OUT2；
双运算放大器芯片U4的电源负端V-连接-15V电源，双运算放大器芯片U4的电源正端V+连接+15V电源；
三极管Q3的发射极通过电阻Rs+连接+15V电源，并且连接双运算放大器芯片U4的负输入端-IN2；三极管Q3的集电极通过电阻R15连接二极管D2的正极、二极管D2的负极连接二极管D2’的正极，二极管D2’的负极接地GND；二极管D2的正极，作为正电流源输出端I+；正电流源输出端I+连接第二模拟开关的一端，第二模拟开关的另一端连接积分电路中的运放的负输入端。
2.根据权利要求1所述的一种电流频率转换电路，其特征在于：电压调制电路，包括：正通道电压调制模块、负通道电压调制模块、
逻辑控制电路，包括：正通道逻辑控制模块、负通道逻辑控制模块；
开关电路，包括：第一模拟开关、第二模拟开关；
恒流源电路，包括：正恒流源、负恒流源；
积分电路，接收外部电流信号Iin，对外部电流信号Iin进行积分后，得到电压信号，送至正通道电压调制模块和负通道电压调制模块；
正通道电压调制模块，对积分电路输出的电压信号进行调制后，输出调制后的电压信号，送至正通道逻辑控制模块；
正通道逻辑控制模块，接收到频标模块输出的时钟信号后，判断送来的调制后的电压信号是否达到设定的电压阈值，若达到，则输出高电平，否则输出低电平，对第一模拟开关进行控制，若为高电平，则第一模拟开关导通，若为低电平，则第一模拟开关截止；第一模拟开关导通时，负恒流源输出负电流，经过第一模拟开关，进入积分电路，将积分电路输出的电压复位；第一模拟开关截止时，第一模拟开关将负恒流源输出负电流截止；
负通道电压调制模块，对积分电路输出的电压信号进行调制后，输出调制后的电压信号，送至负通道逻辑控制模块；
负通道逻辑控制模块，接收到频标模块输出的时钟信号后，判断送来的调制后的电压信号是否达到设定的电压阈值，若达到，则输出高电平，否则输出低电平，对第二模拟开关进行控制，若为高电平，则第二模拟开关导通，若为低电平，则第二模拟开关截止；第二模拟开关导通时，正恒流源输出正电流，经过第二模拟开关，进入积分电路，将积分电路输出的电压复位；第二模拟开关截止时，第二模拟开关将正恒流源输出的正电流截止。
3.根据权利要求1所述的一种电流频率转换电路，其特征在于：积分电路，包括：电阻R1、电容C、运放、接地电阻R0；
运放的负输入端通过电阻R1接收外部电流信号Iin；运放的正输入端通过接地电阻R0接地；
电容C的一端连接运放的负输入端，另一端连接运放的输出；运放的输出，作为积分电路的输出，同时还连接电压调制电路的输入；
运放的负输入端，还连接第一模拟开关和第二模拟开关。
4.根据权利要求1所述的一种电流频率转换电路，其特征在于：电压调制电路，包括：正通道电压调制模块与负通道电压调制模块
正通道电压调制模块，包括：电阻R103和电阻R104；
负通道电压调制模块，包括：电阻R105；
电阻R103的一端和电阻R105的一端，均连接积分电路的输出，
电阻R103的另一端，连接正通道逻辑控制模块的输入，同时通过电阻R104连接外部电源+Vdd；
电阻R105的另一端，连接负通道逻辑控制模块的输入。
5.根据权利要求1所述的一种电流频率转换电路，其特征在于：双运算放大器芯片U4的电源负端V-连接-15V电源，双运算放大器芯片U4的电源正端V+连接+15V电源。
6.根据权利要求1所述的一种电流频率转换电路，其特征在于：将积分电路输出的电压复位，复位回到接近没有外部电流信号Iin输入情况下积分电路的初始输出状态。
7.根据权利要求1所述的一种电流频率转换电路，其特征在于：开关电路将恒流源电路输出电流截止，即恒流源电路输出电流不进入积分电路。
CN202010367389.9A 2020-04-30 2020-04-30 一种电流频率转换电路 Active CN111638744B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010367389.9A CN111638744B (zh) 2020-04-30 2020-04-30 一种电流频率转换电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010367389.9A CN111638744B (zh) 2020-04-30 2020-04-30 一种电流频率转换电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111638744A CN111638744A (zh) 2020-09-08
CN111638744B true CN111638744B (zh) 2022-05-24

Family

ID=72333035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010367389.9A Active CN111638744B (zh) 2020-04-30 2020-04-30 一种电流频率转换电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111638744B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112104373B (zh) * 2020-09-21 2024-02-13 湖北航天技术研究院总体设计所 一种电流频率转换电路及方法
CN112152605B (zh) * 2020-09-27 2023-07-04 西安微电子技术研究所 一种无比较器的三路电流频率转换电路
CN112491418A (zh) * 2020-11-19 2021-03-12 垣矽技术(青岛)有限公司 电流频率转换电路
CN112527045B (zh) * 2020-12-09 2022-05-13 武汉海奥电气有限公司 模块化的能输出任意波形的大电流电流源
CN115133934A (zh) * 2022-06-14 2022-09-30 中船航海科技有限责任公司 一种高精度低功率电流频率转换电路及转换方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1012974A1 (en) * 1997-09-12 2000-06-28 Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research Low power current-to-frequency converter circuit for use in implantable sensors
CN103135650A (zh) * 2013-01-21 2013-06-05 湖北航天技术研究院总体设计所 电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法
CN103338042A (zh) * 2013-06-24 2013-10-02 北京航天控制仪器研究所 一种动力调谐陀螺仪模数转换电路
CN105897250A (zh) * 2016-04-08 2016-08-24 青岛航天半导体研究所有限公司 一种i/f转换电路
CN109341722A (zh) * 2018-11-21 2019-02-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种高精度if转换模块标定所用的多通路恒流源
CN109714054A (zh) * 2018-12-11 2019-05-03 西安航天精密机电研究所 恒流源电路及具有恒流源电路的三元离散i/f模数转换电路
CN109885121A (zh) * 2019-03-22 2019-06-14 西安微电子技术研究所 一种电流/频率转换电路
CN110350785A (zh) * 2019-06-26 2019-10-18 青岛航天半导体研究所有限公司 多路集成电流频率转换器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3457091B2 (ja) * 1995-03-17 2003-10-14 アジレント・テクノロジー株式会社 電圧電流特性測定装置
CN101872206B (zh) * 2009-04-23 2012-09-05 中国科学院空间科学与应用研究中心 通过单片机控制的用于星载电场仪中的数控恒流源装置
CN103605393B (zh) * 2013-10-11 2016-06-08 北京航科发动机控制系统科技有限公司 一种为飞机发动机提供正负恒流源的通用闭环控制系统
CN110471484B (zh) * 2019-08-23 2021-05-25 西安微电子技术研究所 一种电压基准源电路及其在分流型i/f转换电路中的应用

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1012974A1 (en) * 1997-09-12 2000-06-28 Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research Low power current-to-frequency converter circuit for use in implantable sensors
CN103135650A (zh) * 2013-01-21 2013-06-05 湖北航天技术研究院总体设计所 电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法
CN103338042A (zh) * 2013-06-24 2013-10-02 北京航天控制仪器研究所 一种动力调谐陀螺仪模数转换电路
CN105897250A (zh) * 2016-04-08 2016-08-24 青岛航天半导体研究所有限公司 一种i/f转换电路
CN109341722A (zh) * 2018-11-21 2019-02-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种高精度if转换模块标定所用的多通路恒流源
CN109714054A (zh) * 2018-12-11 2019-05-03 西安航天精密机电研究所 恒流源电路及具有恒流源电路的三元离散i/f模数转换电路
CN109885121A (zh) * 2019-03-22 2019-06-14 西安微电子技术研究所 一种电流/频率转换电路
CN110350785A (zh) * 2019-06-26 2019-10-18 青岛航天半导体研究所有限公司 多路集成电流频率转换器

Also Published As

Publication number Publication date
CN111638744A (zh) 2020-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111638744B (zh) 一种电流频率转换电路
US20220294426A1 (en) Ultra-low energy per cycle oscillator topology
CN106647923B (zh) 可集成的总线供电电路
CN107664711A (zh) 掉电侦测器
CN104579263A (zh) 一种高响应速度、低温度系数的复位电路
CN100479027C (zh) 显示装置
CN110462415A (zh) 毛刺信号检测电路、安全芯片和电子设备
CN108667443A (zh) 一种上电复位电路
CN108536206A (zh) 一种电压调节器及电压调节方法
CN110471484A (zh) 一种电压基准源电路及其在分流型i/f转换电路中的应用
CN105991119B (zh) 上电复位电路
CN106227282A (zh) 具有多模式控制功能的高可靠性低压差线性稳压器电路
US7545137B1 (en) Current detecting circuit
US20090109427A1 (en) Conversion Of Properties Of Light To Frequency Counting
CN103683937A (zh) 电压转换电路
CN109085405B (zh) 一种电路模块的工作电流检测方法及电路
CN107147284A (zh) 一种保护电路及供电系统
CN114185384B (zh) 一种用于低功耗ldo的瞬态增强电路
CN207440254U (zh) 电池电量检测装置和灯具
CN208298052U (zh) 一种新型摆率增强电路、低压差线性稳压器
CN207819435U (zh) 一种保护电路及电源供电系统
WO2021135661A1 (zh) 一种掉电检测电路
CN107947766A (zh) 一种应用于开关电源的频率可调的振荡器电路
CN109992034A (zh) 一种低压差线性稳压器
CN105021973B (zh) 一种数显式电容放电器及检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant