CN112152605B - 一种无比较器的三路电流频率转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无比较器的三路电流频率转换电路，属于半导体混合集成电路领域。本发明的无比较器的三路电流频率转换电路，积分器电路输出的积分信号有两种输出方式，第一种是输出到逻辑控制器的信号控制端，借助逻辑控制器本身的TTL阈值电压进行电平判断和比较，实现第一路比较器的替代；第二种是输出到电阻R1、R2及反相器U2组成的电平调节网络中，经过此网络的输出信号再输入到逻辑控制器的信号控制端，实现第二路比较器的替代；本发明的电路可实现六路比较器电路的替代，并可根据不同电路的需要方便的对积分电压信号幅度进行调整，既可以提高电流频率转换电路的精度和稳定性，又降低了电路功耗，简化了电路设计。

Description

一种无比较器的三路电流频率转换电路

技术领域

本发明属于半导体混合集成电路领域，尤其是一种无比较器的三路电流频率转换电路。

背景技术

电流/频率转换(I/F)电路是将电流信号数字化的转换电路，常应用在导航控制系统中把加速度计的输出电流转换为脉冲输出或其它需要高精度模/数转换的场合。由于加速度计表头输出为电流模拟信号，必须通过I/F电路转换为数字信号才能供惯性导航系统中的计算机处理。

参见图1，传统I/F转换电路的组成部分包括积分器电路、比较器电路、逻辑控制器、开关电路及正负恒流源等五部分组成。随着电子系统小型化和高密度集成化的发展，电流频率转换电路在系统应用中多为三通道功能完全相同的电路集成，这使得电路的功耗及组装密度进一步提高，迫切需要电路内部元器件的种类、数量及功耗的优化设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的三路电流频率转换电路中功耗高、结构复杂的缺点，提供一种无比较器的三路电流频率转换电路。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种无比较器的三路电流频率转换电路，每路电流频率转换电路均包括积分器、电阻R1、电阻R2、逻辑控制器、开关电路和正负恒流源，三路电流频率转换电路共用反相器U2；

每路电流频率转换电路的连接方式为：

积分器的输入端连接输入电流，积分器的输出端与逻辑控制器的信号控制端相连接，积分器的输出端还接有电阻R1，电阻R1的另一端同时接反相器U2的输入端和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接VCC，反相器U2的输出端接逻辑控制器的信号控制端；

逻辑控制器的控制信号输出端连接开关电路，逻辑控制器的数字输出端用于输出数字脉冲频率；

开关电路的一端连接正负恒流源输出端，另一端连接积分器的输入端。

进一步的，所述积分器包括运算放大器U1和电容C1；

运算放大器U1的第一输入端为积分器的输入端且连接输入电流，运算放大器U1的第二输入端接地，运算放大器U1的输出端同时连接逻辑控制器的信号控制端和电阻R1；运算放大器U1的输出端和第一输入端通过电容C1连接。

进一步的，逻辑控制器自带TTL阈值电压，设运算放大器U1的信号通过电阻R1后的电压为V2，则：

当V2电压低于TTL电路阈值电压时，为逻辑0，则通过反相器U2后逻辑电平将翻转为1；

当V2电压高于TTL电路阈值电压时，为逻辑1，则通过反相器后U2逻辑电平将翻转为0。

进一步的，设运算放大器U1的输出端与电阻R1之间的电压为V1；

调节R1和R2的电阻值，直至V1为预设值时，V2的电压值为TTL电路阈值电压，则V1处积分信号电压大于预设值的信号通过反相器U2后均为0，V1处积分信号电压小于预设值的信号通过反相器U2后均为1，从而实现了门槛电压V1的比较器功能。

进一步的，V1和V2之间的关系为：

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的无比较器的三路电流频率转换电路，积分器电路输出的积分信号有两种输出方式，第一种是输出到逻辑控制器的信号控制端，借助逻辑控制器本身的TTL阈值电压进行电平判断和比较，实现第一路比较器的替代；第二种是输出到电阻R1、R2及反相器U2组成的电平调节网络中，经过此网络的输出信号再输入到逻辑控制器的信号控制端，实现第二路比较器的替代；本发明的电路可实现六路比较器电路的替代，并可根据不同电路的需要方便的对积分电压信号幅度进行调整，既可以提高电流频率转换电路的精度和稳定性，又降低了电路功耗，简化了电路设计；亦可应用在电压/频率转换(V/F)电路中，在高精度惯性导航路系统中可广泛应用，通用性强，应用前景和市场潜力非常广阔。

附图说明

图1为传统三路电流频率转换电路原理框图；

图2为本发明的原理框图；

图3为比较器替代电路原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

根据电荷平衡式电流频率原理可知，单通道电流频率转换电路需要两路比较器来实现不同输入极性电流的独立的逻辑控制和恒流源的反馈。综合考虑运放的压摆率及积分电容的容值等参数，通常两路比较器的门槛电压分别为2V、0.5V左右，再输入到逻辑控制器中作为电路的输入端控制信号。

参见图2，图2为本发明的原理框图，有电流输入时，电流经过sigma点流入积分器，积分后的波形分别输入到反相器和逻辑控制器中，经过反向后的积分波形输入到逻辑控制器的另一个输入端口中，逻辑控制器的一路输出控制开关电路的导通与关断(开关导通时正负恒流源经开关电路流入sigma点)，逻辑控制器的另一路输出直接作为IF电路的输出。

参见图3，以三通道电流频率转换电路中的其中一个通道的电流频率转换电路为例，由运算放大器U1组成的积分器电路输出的积分信号有两种输出方式，第一种是直接输出到下一级逻辑控制器的信号控制端，借助逻辑控制器本身的TTL阈值电压进行电平判断和比较，阈值电压约为2.3V左右，即为图3中的OUT1，可实现第一路比较器的替代；第二种是输出到电阻R1、R2及反相器U2组成的电平调节网络中，经过此网络的输出信号OUT2再输入到逻辑控制器的信号控制端，实现第二路比较器的替代。

V2处电压有以下两种情况：

当V2电压低于TTL电路阈值电压2.4V时，即为逻辑0，那么通过反相器后逻辑电平将翻转为1；

当V2电压高于TTL电路阈值电压2.4V时，即为逻辑1，那么通过反相器后逻辑电平将翻转为0；

电路中需要设定门槛电压时，将门槛电压设定为1V时，调节电阻R1和电阻R2的电阻值，使得V1为1V时，V2的电压值为2.4V，则V1处积分信号电压大于1V的信号通过反相器后均为0，V1处积分信号电压小于1V的信号通过反相器后均为1，即实现了门槛电压为1V的比较器功能。

其中，V2电压为：

V2＝VCC-(VCC-V1)×R2/(R1+R2)

设定不同的门槛电压V1时，调整电阻R1和R2的阻值即可实现门槛电压为1V的比较器功能。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无比较器的三路电流频率转换电路，其特征在于，每路电流频率转换电路均包括积分器、电阻R1、电阻R2、逻辑控制器、开关电路和正负恒流源，三路电流频率转换电路共用反相器U2；

每路电流频率转换电路的连接方式为：

积分器的输入端连接输入电流，积分器的输出端与逻辑控制器的信号控制端相连接，积分器的输出端还接有电阻R1，电阻R1的另一端同时接反相器U2的输入端和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接VCC，反相器U2的输出端接逻辑控制器的信号控制端；

逻辑控制器的控制信号输出端连接开关电路，逻辑控制器的数字输出端用于输出数字脉冲频率；

开关电路的一端连接正负恒流源输出端，另一端连接积分器的输入端；

逻辑控制器自带TTL阈值电压，设运算放大器U1的信号通过电阻R1后的电压为V2，则：

当V2电压低于TTL电路阈值电压时，为逻辑0，则通过反相器U2后逻辑电平将翻转为1；

当V2电压高于TTL电路阈值电压时，为逻辑1，则通过反相器后U2逻辑电平将翻转为0；

设运算放大器U1的输出端与电阻R1之间的电压为V1；

调节R1和R2的电阻值，直至V1为预设值时，V2的电压值为TTL电路阈值电压，则V1处积分信号电压大于预设值的信号通过反相器U2后均为0，V1处积分信号电压小于预设值的信号通过反相器U2后均为1，从而实现了门槛电压V1的比较器功能。

2.根据权利要求1所述的无比较器的三路电流频率转换电路，其特征在于，述积分器包括运算放大器U1和电容C1；

运算放大器U1的第一输入端为积分器的输入端且连接输入电流，运算放大器U1的第二输入端接地，运算放大器U1的输出端同时连接逻辑控制器的信号控制端和电阻R1；运算放大器U1的输出端和第一输入端通过电容C1连接。

3.根据权利要求1所述的无比较器的三路电流频率转换电路，其特征在于，V1和V2之间的关系为：

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