CN205657674U - 一种i/f转换电路 - Google Patents

Abstract

一种I/F转换电路，包括依次顺序电联接积分电路、比较电路、数字逻辑控制电路、电子开关电路、恒流源电路，电子开关电路再电联接积分电路；即积分电路、比较电路、数字逻辑控制电路、电子开关电路形成闭环电联接；恒流源电联接电子开关电路。其优点是：数字逻辑控制电路采用了四倍工作时钟作为主工作频率，通过计数分频、非门、或门数字逻辑整形，将电路工作时钟信号处理成高电平与低电平比例为7:1的时钟信号，有效地降低开关工作非理想性引入的非线性误差，达到非线性修正的目的；有效地提高转换电路恒流源利用率，它由50%提高为87.5%；输入量程可明显提高。它广泛地应用于航天、航空、惯性导航、石油、建筑等多个领域，潜在需求量较大，具有巨大的经济、社会效益。

Description

一种 I/F 转换电路

技术领域

本实用新型属于信号转换电路制造领域，具体涉及一种I/F转换电路。

背景技术

I/F转换电路是惯性导航系统中的关键器件之一，它可将加速度计输出电流信号线性的转换为计算机可识别的数字信号，I/F转换电路的转换精度决定了惯性导航的精度，它的重要性已越来越为人们所理解、重视。数字逻辑控制电路是I/F转换电路的重要组成部分，数字逻辑控制方式直接影响I/F转换电路的转换精度。现有技术中的I/F转换电路存在如下缺点：厚膜混合集成I/F转换电路的转换精度最高到1×10^-4量级、恒流源利用率只能达到50%，其恒流源利用率低、输入范围小、转换精度偏低，不能完全满足航空、航天系统高集成度、高端惯导系统领域的需要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种恒流源利用率高、输入范围大、转换精度高的I/F转换电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种I/F转换电路，其特征在于：包括一积分电路、一比较电路、一数字逻辑控制电路、一电子开关电路、一恒流源电路，所述积分电路、比较电路、数字逻辑控制电路、电子开关电路依次顺序电联接，所述电子开关电路再电联接所述积分电路；亦即，所述积分电路、比较电路、数字逻辑控制电路、电子开关电路形成闭环电联接；所述恒流源电联接所述电子开关电路。

优选的，所述积分电路包括一积分运放、一积分电容、一扩流电路；所述积分运放、积分电容、扩流电路依次顺序电联接。

优选的，所述比较电路包括一比较电压设置电路、一正通道比较器、一负通道比较器，所述比较电压设置电路分别电联接所述正通道比较器、负通道比较器；所述扩流电路电联接所述比较电压设置电路。

优选的，所述数字逻辑控制电路包括一计数器、一反向器、一或门、一前级触发器、一与门、一后级触发器，所述计数器、反向器、或门、前级触发器、与门、后级触发器依次顺序电联接；所述正通道比较器、负通道比较器分别与所述前级触发器电联接；所述后级触发器电联接所述电子开关电路。

优选的，所述恒流源电路包括一正电流恒流复位电路、一负电流恒流复位电路，所述正电流恒流复位电路、负电流恒流复位电路分别电联接所述电子开关电路。

优选的，所述正电流恒流复位电路包括第一电压基准电路、第一电压跟随运放、第一采样电阻网络，所述第一电压基准电路、第一电压跟随运放、第一采样电阻网络依次顺序电联接；所述负电流恒流复位电路包括第二电压基准电路、第二电压跟随运放、第二采样电阻网络，所述第二电压基准电路、第二电压跟随运放、第二采样电阻网络依次顺序电联接；第一采样电阻网络、第二采样电阻网络分别电联接所述电子开关电路。

优选的，所述电子开关电路为四通道模拟电子开关。

优选的，所述比较电压设置电路为电阻分压式电压设置电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型中的数字逻辑控制电路3采用了四倍工作时钟作为主工作频率，通过计数分频、非门、或门数字逻辑整形，将电路工作时钟信号处理成高电平与低电平比例为7:1的时钟信号，数字逻辑控制电路3采用等宽触发方式，该控制方式利用在每个时钟周期1/8的低电平（抠槽时间）对开关进行复位，使开关参数造成的误差占反馈电荷的比例相同，可有效地降低开关工作非理想性引入的非线性误差，达到非线性修正的目的；应用的控制模式可有效减小传统触发器模式控制电路带来的转换误差，可将I/F转换精度提高一个数量级；其控制模式的工作时钟高电平与低电平比例为7:1，而传统触发器模式高电平与低电平比例为1:1，所以，本实用新型可有效地提高转换电路恒流源利用率，它由50%提高为87.5%；同时在应用恒流源相同的情况下，输入量程可明显提高。本实用新型是厚膜电路技术、数字逻辑控制芯片电路技术综合运用的结晶，其高恒流源利用率、高转换精度、大量程等特点可大大拓宽该产品的应用领域，该项目的相关技术的研制成功，将拓宽厚膜混合集成I/F转换电路的应用范围。它不仅可广泛地应用于航天、航空、惯性导航等领域，而且越来越多的应用在石油、建筑等多个民用领域，潜在需求量较大，具有巨大的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电路框图。

图中标记为：

1、积分电路；11、积分运放；12、积分电容；13、扩流电路；2、比较电路；

21、比较电压设置电路；22、正通道比较器；23、负通道比较器；3、数字逻辑控制电路；31、计数器；32、反相器；33、或门；34、前级触发器；35、与门；36、后级触发器；

4、电子开关电路；5、恒流源电路；51、正电流恒流源；511、第一电压基准电路；

512、第一电压跟随运放；513、第一采样电阻网络；52、负电流恒流复位电路；

521、第二电压基准电路；522、第二电压跟随运放；523、第二采样电阻网络。

具体实施方式

下面结合附图实施例，对本实用新型做进一步描述：

实施例一

如图1所示，一种I/F转换电路，包括积分电路1、比较电路2、数字逻辑控制电路3、电子开关电路4、恒流源电路5，积分电路1、比较电路2、数字逻辑控制电路3、电子开关电路4依次顺序电联接，电子开关电路4再电联接积分电路5；亦即，积分电路1、比较电路2、数字逻辑控制电路3、电子开关电路4形成闭环电联接；恒流源5电联接电子开关电路4；

积分电路1包括积分运放11、积分电容12、扩流电路13，积分运放11、积分电容12、扩流电路13依次顺序电联接；比较电路2包括比较电压设置电路21、正通道比较器22、负通道比较器23，比较电压设置电路21分别电联接正通道比较器22、负通道比较器23；积分电路1中的扩流电路11电联接比较电路2中的比较电压设置电路21；数字逻辑控制电路3包括计数器31、反向器32、或门33、前级触发器34、与门35、后级触发器36，计数器31、反向器32、或门33、前级触发器34、与门35、后级触发器36依次顺序电联接；比较电路2中的正通道比较器22、负通道比较器23分别与数字逻辑控制电路3中的前级触发器34电联接；数字逻辑控制电路3中的后级触发器36电联接电子开关电路4；

恒流源电路5包括正电流恒流复位电路51、负电流恒流复位电路52，正电流恒流复位电路51、负电流恒流复位电路52分别电联接电子开关电路；正电流恒流复位电路51包括第一电压基准电路511、第一电压跟随运放512、第一采样电阻网络513，第一电压基准电路511、第一电压跟随运放512、第一采样电阻网络513依次顺序电联接；负电流恒流复位电路52包括第二电压基准电路521、第二电压跟随运放522、第二采样电阻网络523，第二电压基准电路521、第二电压跟随运放522、第二采样电阻网络523依次顺序电联接；第一采样电阻网络513、第二采样电阻网络523分别电联接所述电子开关电路4。电子开关电路4为四通道模拟电子开关；比较电压设置电路21为电阻分压式电压设置电路。

积分电路1是采用高输入阻抗运放和精密积分电容，保证了电路积分工作的稳定性；正通道比较器22、负通道比较器23选用高精度、低失调比较器；数字逻辑控制电路3摒弃传统数字控制芯片触发模式，可明显提高I/F转换电路的转换精度、减小电子开关引入的转换误差、可明显提高时钟利用率、提高恒流源的利用率。恒流源电路5选用高精度低温漂电压基准和高精度低温漂精密电阻网络，保证了电路的转换精度和温度特性。

I/F转换电路标度因数非线性是电路的最重要的技术指标，引入误差的因素是多方面的，最主要的因素为电子开关电路工作的非理想性。为提高电路转换精度，降低或规避电子开关电路4工作非理想性引入的误差，采用电荷平衡式转换，电荷平衡是输入电流和由数字逻辑控制电路3控制电子开关电路4接通反馈平衡复位恒流源的时间调宽信号实现的，在电子开关电路4通断过程过渡期间，由于开关器件固有的开关延迟时间造成了输出波形的沿失真，如此造成平衡电荷的过冲或减少，由于对应不同输入电流时平衡电荷的时间宽度不同，而平衡电荷由于起始沿失真所形成电荷变化量是固定的，对于不同的输入电流，开关参数造成的误差所占反馈电荷的比例不同，如此造成I/F转换的非线性误差。计数器31对时钟信号CLK进行分频，由非门和或门33电路组成波形变换电路，生成变换工作时钟频率CLK/4，高电平与低电平比例为7:1用于线性的修正，数字逻辑控制电路3采用等宽触发方式，该控制方式利用在每个时钟周期1/8的低电平（抠槽时间）对开关进行复位，使开关参数造成的误差占反馈电荷的比例相同，只要保证开关复位时间足够长，则每个反馈周期波形都是相同的，可达到非线性修正的目的，可明显提高I/F转换电路的转换精度。

本实用新型的工作过程和工作原理如下：

如图1所示，以正电流输入为例进行原理描述。积分电路1将输入的正电流对积分电容12进行积分，该过程为积分充电过程，积分输出端输出电压逐渐降低。积分输出的电压降低到比较电路2比较设置电压值时，正通道比较器22发生翻转，比较器输出由高电平翻转到低电平，比较器输出作为数字逻辑控制电路3的输入信号，数字逻辑控制电路3一个输出端作为电路正通道频率输出，另一输出端作为电子开关电路4的控制信号，将电子开关电路4由断开状态转换为导通状态，将负电流恒流复位电路52的电流施加到积分电路1的输入端，因恒流源电流大于输入电流，积分电路1进入反向积分状态，该过程为积分放电过程，使积分电路1输出电压逐渐升高，当输出电压达到比较电路2的比较设置电压值后，比较电路2发生翻转，数字逻辑控制电路3输出发生翻转，使电子开关电路4从导通状态转换到断开状态，将恒流源电流隔离，使积分电路1重新工作在充电状态。重复以上周期工作，形成电流频率转换。输出频率与输入电流的转换关系为：FO=KIin。

负电流工作原理状态与正电流工作一致。

以上，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种I/F转换电路，其特征在于：包括一积分电路、一比较电路、一数字逻辑控制电路、一电子开关电路、一恒流源电路，所述积分电路、比较电路、数字逻辑控制电路、电子开关电路依次顺序电联接，所述电子开关电路再电联接所述积分电路；亦即，所述积分电路、比较电路、数字逻辑控制电路、电子开关电路形成闭环电联接；所述恒流源电联接所述电子开关电路。

2.根据权利要求1所述的I/F转换电路，其特征在于：所述积分电路包括一积分运放、一积分电容、一扩流电路；所述积分运放、积分电容、扩流电路依次顺序电联接。

3.根据权利要求2所述的I/F转换电路，其特征在于：所述比较电路包括一比较电压设置电路、一正通道比较器、一负通道比较器，所述比较电压设置电路分别电联接所述正通道比较器、负通道比较器；

所述扩流电路电联接所述比较电压设置电路。

4.根据权利要求3所述的I/F转换电路，其特征在于：所述数字逻辑控制电路包括一计数器、一反向器、一或门、一前级触发器、一与门、一后级触发器，所述计数器、反向器、或门、前级触发器、与门、后级触发器依次顺序电联接；

所述正通道比较器、负通道比较器分别与所述前级触发器电联接；

所述后级触发器电联接所述电子开关电路。

5.根据权利要求4所述的I/F转换电路，其特征在于：所述恒流源电路包括一正电流恒流复位电路、一负电流恒流复位电路，所述正电流恒流复位电路、负电流恒流复位电路分别电联接所述电子开关电路。

6.根据权利要求5所述的I/F转换电路，其特征在于：所述正电流恒流复位电路包括第一电压基准电路、第一电压跟随运放、第一采样电阻网络，所述第一电压基准电路、第一电压跟随运放、第一采样电阻网络依次顺序电联接；

所述负电流恒流复位电路包括第二电压基准电路、第二电压跟随运放、第二采样电阻网络，所述第二电压基准电路、第二电压跟随运放、第二采样电阻网络依次顺序电联接；

第一采样电阻网络、第二采样电阻网络分别电联接所述电子开关电路。

7.根据权利要求1至6任一所述的I/F转换电路，其特征在于：所述电子开关电路为四通道模拟电子开关。

8.根据权利要求3至6任一所述的I/F转换电路，其特征在于：所述比较电压设置电路为电阻分压式电压设置电路。