CN112332845B - 高精度电流频率转换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度电流频率转换电路，包括ADC数据采集模块，用于采集电流流经电阻后的电压信号，之后将采集到的电压信号转换为数字量传递给FPGA温度补偿模块；FPGA温度补偿模块，用于根据不同温度下接收到的数字量提供相应的温度补偿量；测温模块，用于在ADC数据采集模块工作的同时实时测量电路所在环境的温度，并将所测量的温度数据传送至FPGA；电源模块，用于为所述ADC数据采集模块和FPGA温度补偿模块供电；频标电路，用于为FPGA温度补偿模块提供工作时钟。本发明可以不断对电路进行数字补偿，使得线性度与温度特性得以改善，进而提高电路的转换精度。本发明采用全数字温度补偿方法，结构简单、补偿方式灵活方便、节省人工。

Description

高精度电流频率转换电路
技术领域
本发明属于模/数转换应用设备领域，特别是一种高精度电流频率转换电路。
背景技术
目前，模/数转换方式主要有集成A/D采样、压控振荡器(VCO)、电压/频率转换(V/F)、电流/频率转换(I/F)这几种转换方式。其中，A/D芯片内部结构复杂，各类型A/D芯片工作原理差别较大，输出为模拟电压信号的二进制数据；后三种都属于间接式模/数转换器，本质原理都相同，不同的是VCO和V/F方式转换的源信号是电压信号，而I/F方式转换的源信号是电流信号。I/F转换器的特点如下：电路比较简单、体积比较小、成本非常低、灵敏度高、输出信号的幅值大并且有良好的线性度、能够将信号直接传输给计算机等，能够作为输出模拟信号传感器与数字处理器的接口，未来拥有很大的发展前景。
电流频率转换电路属A/D转换的一种，广泛用于控制系统中，而A/D转换的精度及稳定性对系统的控制精度及稳定性有着至关重要的影响。早期的I/F电路主要由大量模拟电路和少量数字电路组成，电路的集成度较低，模数混合电路工作时会产生较大的相互干扰，而且模拟电路本身容易受器件离散性的影响，会降低电路的稳定性和精度，使得所设计的I/F转换器具有一定的不可控性；除此之外，温度的变化会造成I/F转换器的模拟电路部分产生较严重的温度漂移，这些因素都限制着I/F电路转换精度的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度电流频率转换电路。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种高精度电流频率转换电路，所述电路包括ADC数据采集模块、FPGA温度补偿模块、测温模块、电源模块和频标电路；
所述ADC数据采集模块，用于采集电流流经电阻后的电压信号，之后将采集到的电压信号转换为数字量传递给FPGA温度补偿模块；
所述FPGA温度补偿模块，用于根据不同温度下接收到的数字量提供相应的温度补偿量；
所述测温模块，用于在ADC数据采集模块工作的同时实时测量电路所在环境的温度，并将所测量的温度数据传送至FPGA；
所述电源模块，用于为所述ADC数据采集模块和FPGA温度补偿模块供电；
所述频标电路，用于为FPGA温度补偿模块提供工作时钟。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)增加了FPGA温度补偿电路，可以不断对电路进行数字补偿，使得线性度与温度特性得以改善，进而提高电路的转换精度，从而实现了精度在5×10-5左右的I/F转换电路；2)采用全数字温度补偿方法，结构简单、补偿方式灵活方便、节省人工；3)采用查表的方式获取温度补偿数据，更加方便快捷，而且节省FPGA逻辑资源消耗；4)输入阻抗高，与计算机连接方便，具有双极性双路转换输出特性；5)ADC数据采集模块的ADC基准源采用外部输入，能够最大限度的利用ADC本身的转换精度，而不受到内部基准源的限制。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明高精度电流频率转换电路的结构图。
图2为本发明FPGA温度补偿量的获取流程图。
图3为本发明测温电路图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
应用于惯导系统的模数转换器应具有高精度、稳定可靠的特性，若用高精度Δ-Σ型A/D芯片采集信号，大概需要使用24位A/D芯片才能使转换精度接近10-6g量级，而且当转换速度很快时，实际的转换精度不能达到24位，存在转换速度和转换精度相互冲突的问题。I/F(电流/频率)转换电路是一种电荷平衡式模/数转换器，可以连续不断地将惯性器件输出的模拟电流信号转换成与之成线性比例的数字脉冲信号，I/F转换器具有较高的转换精度(一般可以达到10-5量级)，适合用于中高精度场合的惯性设备中。基于此，本发明设计出一种高精度I/F转换电路，它的作用与A/D器件相似，输入阻抗高，与计算机连接方便，具有双极性双路转换输出特性。增加FPGA温度补偿电路后，可以不断对电路进行数字补偿，使得线性度与温度特性得以改善，进而提高电路的转换精度，从而实现了精度在5×10-5左右的I/F转换电路。本发明的电流频率转换电路基于FPGA+A/D设计。
在一个实施例中，结合图1，提供了一种高精度电流频率转换电路，所述电路包括ADC数据采集模块、FPGA温度补偿模块、测温模块、电源模块和频标电路；
所述ADC数据采集模块，用于采集电流流经电阻后的电压信号，之后将采集到的电压信号转换为数字量传递给FPGA温度补偿模块；
所述FPGA温度补偿模块，用于根据不同温度下接收到的数字量提供相应的温度补偿量；
所述测温模块，用于在ADC数据采集模块工作的同时实时测量电路所在环境的温度，并将所测量的温度数据传送至FPGA；
所述电源模块，用于为所述ADC数据采集模块和FPGA温度补偿模块供电；
所述频标电路，用于为FPGA温度补偿模块提供工作时钟。
进一步优选地，在其中一个实施例中，所述ADC数据采集模块采用ADS125H02模数转换器，该ADC内部配备低噪声可编程增益放大器(PAG)，可以解决不同输入电流范围要求，内部低温漂的精准基准源，可以实现高精度和高可靠性。
进一步优选地，在其中一个实施例中，结合图2，所述FPGA温度补偿模块具体通过查表的方式实现根据不同温度下接收到的数字量提供相应的温度补偿量，所述表的构建方式为：
利用ADC数据采集模块采集若干电流对应的数字量，同时通过测温模块同步采集对应的温度；
利用最小二乘法拟合所有的数字量(线性度达到理想状态)；
计算各个温度下不同的电流输入对应的温度补偿量Δ(实际值与拟合后值的偏差)，之后将这些数据一一对应填入FPGA表中。
这里，通过查表法，使得线性度与温度特性得以改善，进而提高电路的转换精度。而且通过查表法更加方便快捷，而且节省FPGA逻辑资源消耗。
进一步优选地，在其中一个实施例中，所述频标电路由外部晶振时钟电路和FPGA的内部时钟模块联合产生。
进一步优选地，在其中一个实施例中，所述ADC数据采集模块的ADC基准源采用外部输入。
采用该种方式，能够最大限度的利用ADC本身的转换精度，而不受到内部基准源的限制。
进一步优选地，在其中一个实施例中，结合图3，所述测温模块采用单线数据传输式器件DS18B20作为温度传感器，其可以通过1根连线与FPGA连接，只占用1个I/O口资源，测温范围为-55℃～+125℃，可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，实现高精度测温。该传感器的温度数据由低8位和高8位共2个字节(第0～15位)构成。以12位转换精度为例，前面5位是符号位，考虑到FPGA逻辑中进行数学浮点运算较为复杂，所有温度值的精度设定为1℃，将上述数据右移4位后即可得到分辨率为1℃的温度数据。测温模块还包括第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1，所述DS18B20的GND管脚接地，DQ管脚通过第一电阻R1与VCC管脚相连，同时与FPGA相连，第一电容C1和第二电容C2相并联，其中一个公共端接地，另一个公共端连接VCC电源以及DS18B20的VCC管脚。
这里优选地，R1＝10，C1＝C2＝1μF，VCC＝5V。
本发明可以不断对电路进行数字补偿，使得线性度与温度特性得以改善，进而提高电路的转换精度。本发明采用全数字温度补偿方法，结构简单、补偿方式灵活方便、节省人工。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种高精度电流频率转换电路，其特征在于，所述电路包括ADC数据采集模块、FPGA温度补偿模块、测温模块、电源模块和频标电路；
所述ADC数据采集模块，用于采集电流流经电阻后的电压信号，之后将采集到的电压信号转换为数字量传递给FPGA温度补偿模块；
所述FPGA温度补偿模块，用于根据不同温度下接收到的数字量提供相应的温度补偿量；
所述测温模块，用于在ADC数据采集模块工作的同时实时测量电路所在环境的温度，并将所测量的温度数据传送至FPGA温度补偿模块；
所述电源模块，用于为所述ADC数据采集模块和FPGA温度补偿模块供电；
所述频标电路，用于为FPGA温度补偿模块提供工作时钟；
所述FPGA温度补偿模块具体通过查FPGA表的方式实现根据不同温度下接收到的数字量提供相应的温度补偿量，所述表的构建方式为：
利用ADC数据采集模块采集若干电流对应的数字量，同时通过测温模块同步采集对应的温度；
利用最小二乘法拟合所有的数字量；
计算各个温度下不同的电流输入对应的温度补偿量Δ，之后将这些数据一一对应填入FPGA表中。
2.根据权利要求1所述的高精度电流频率转换电路，其特征在于，所述ADC数据采集模块采用ADS125H02模数转换器。
3.根据权利要求1所述的高精度电流频率转换电路，其特征在于，所述频标电路由外部晶振时钟电路和FPGA的内部时钟模块联合产生。
4.根据权利要求3所述的高精度电流频率转换电路，其特征在于，所述ADC数据采集模块的ADC基准源采用外部输入。
5.根据权利要求4所述的高精度电流频率转换电路，其特征在于，所述测温模块采用单线数据传输式器件DS18B20作为温度传感器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112857401B (zh) * 2021-02-15 2023-03-31 北京瑞尔天天科技有限公司 一种高精度、高稳定度频标电路
CN113422606B (zh) * 2021-07-06 2023-08-11 珠海格力电器股份有限公司 Ad转换器误差校准方法、装置、控制器和伺服驱动器
CN114440934A (zh) * 2022-03-11 2022-05-06 恒玄科技(上海)股份有限公司 测量结果的温度补偿方法、装置、设备及存储介质
CN116054826A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 中勍科技股份有限公司 一种数字式低成本高精度电流频率转换系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102082548A (zh) * 2010-11-12 2011-06-01 成都天奥电子股份有限公司 具有高精度的微机补偿表贴温补晶振
CN105306056A (zh) * 2014-07-28 2016-02-03 北京自动化控制设备研究所 一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法
CN110572157A (zh) * 2019-08-30 2019-12-13 中勍科技有限公司 一种i/f变换电路板的温度补偿方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102082548A (zh) * 2010-11-12 2011-06-01 成都天奥电子股份有限公司 具有高精度的微机补偿表贴温补晶振
CN105306056A (zh) * 2014-07-28 2016-02-03 北京自动化控制设备研究所 一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法
CN110572157A (zh) * 2019-08-30 2019-12-13 中勍科技有限公司 一种i/f变换电路板的温度补偿方法

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