CN211263520U - 一种基于fpga的if转换电路 - Google Patents
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Abstract
一种基于FPGA的IF转换电路，包括加速度计、积分电路、比较电路、FPGA芯片、开关电路和模数转换器连接，开关电路连接有恒流源电路，本实用新型通过FPGA芯片根据加速度计输入电流经积分电路和比较电路转换的电平信号向开关电路发生控制信号，开关电路控制恒流源电路正负向为加速度计输入电流的积分电荷量不断修正，FPGA芯片将高低电平信号形成脉冲输出至上位机，FPGA芯片还通过模数转换器将采集积分电路上的积分电压转换扩展脉冲数字量输出至上位机，FPGA芯片根据扩展脉冲信号将脉冲信号进行校正，从而达到高精度的电流频率转换，减小电路体积，满足航空、航天系统高集成度、高端惯导系统领域的需要。
Description
技术领域
本实用新型涉及信号转换电路制造领域，具体涉及一种基于 FPGA的IF转换电路。
背景技术
加速度计是惯导系统中的重要部件之一，作为敏感载体线速度的重要部件其精度的高低会明显影响惯导系统的精度，目前国内惯导系统中应用较成熟广泛的加速度计是石英挠性加速度计，石英挠性加速度计输出与敏感轴加速度成比例的电流信号，其电流信号需经过相应的转换电路后可以转换为对应的加速度信息，I/F转换、V/F转换、A/D转换电路可以为以电流、电压输出的传感器信号的数字化提供测量解决方案，其中I/F转换方案测量精度高，因此特别适合应用于各型挠性石英加速度计输出信号的检测，各种以电流输出的传感器信号的数字化。
微小电流信号既不利于高精度的测量，也不利于高精度的传输采集和后续处理，相较于模拟电压或电流信号，频率信号可以更为精确的传输和解码，将模拟信息转换为频率信号在遥测和远距离数据传输等应用场合十分有利，目前，电流频率转换电路多采用模拟数字混合的分离电路方式搭建实现，传统方法实现的转换电路复杂，体积大，可修改性差，且电流频率转换电路精度不高，不能准确的对加速度计进行转换，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
为解决上述现有技术的缺陷，本实用新型提供提供一种高度集成，高精度，准确对加速度计进行转换，基于FPGA的I/F转换电路。
本实用新型的技术方案是：一种基于FPGA的IF转换电路，包括加速度计，所述加速度计连接有积分电路，所述积分电路连接有比较电路，所述比较电路连接有FPGA芯片，所述FPGA芯片与所述积分电路分别通过开关电路和模数转换器连接，所述开关电路连接有恒流源电路，所述FPGA芯片连接有上位机。
优选的，所述积分电路包括积分电阻、积分电容和积分运算放大器，所述积分电阻、所述积分电容和所述积分运算放大器依次连接，所述积分运放大器与所述比较电路连接。
优选的，所述比较电路包括高电平比较器和低电平比较器，所述积分运算放大器分别与所述高电平比较器和所述低电平比较器连接，所述高电平比较器和所述低电平比较器分别与所述FPGA芯片连接。
优选的，所述恒流源电路包括正恒流源电路和负恒流源电路，所述正恒流源电路和所述负恒流源电路分别与所述开关电路连接。
优选的，所述正恒流源电路包括正稳压基准源、正运算放大器、正精密电阻，所述正稳压基准源、所述正运算放大器和正精密电阻依次连接，所述正精密电阻与所述开关电路连接。
优选的，所述负恒流源电路包括负稳压基准源、负运算放大器、负精密电阻，所述负稳压基准源、所述负运算放大器和负精密电阻依次连接，所述负精密电阻与所述开关电路连接。
优选的，所述开关电路采用高速开关。
本实用新型的有益效果：本实用新型通过FPGA芯片根据加速度计输入电流经积分电路和比较电路转换的电平信号向开关电路发生控制信号，开关电路控制恒流源电路正负向为加速度计输入电流的积分电荷量不断修正，FPGA芯片将高低电平信号形成脉冲输出至上位机，FPGA芯片还通过模数转换器将采集积分电路上的积分电压转换扩展脉冲数字量输出至上位机，FPGA芯片根据扩展脉冲信号将脉冲信号进行校正，从而达到高精度的电流频率转换，减小电路体积，满足航空、航天系统高集成度、高端惯导系统领域的需要。
附图说明
图1为本实用新型的电路模块图。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实用新型技术方案如下：一种基于FPGA的IF转换电路，如图1所示，包括加速度计，加速度计连接有积分电路，积分电路连接有比较电路，比较电路连接有FPGA芯片，FPGA芯片与积分电路分别通过开关电路和模数转换器连接，开关电路连接有恒流源电路，在FPGA芯片与积分电路之间设有模数转换器，FPGA芯片连接有上位机，积分电路、比较电路、FPGA芯片和开关电路形成闭环控制电路， FPGA芯片采用Altera的Cyclone和Xilinx的Spartan系列产品，提高了IF转换电路的转换精度，减小了体积，从而实现了IF转换电路数字化。
积分电路包括积分电阻、积分电容和积分运算放大器，积分电阻、积分电容和积分运算放大器依次连接，积分运放大器与比较电路连接, 积分电路采用高输入阻抗积分运算放大器和精密的积分电容，保障积分电路的稳定性。
比较电路包括高电平比较器和低电平比较器，积分运算放大器分别与高电平比较器和低电平比较器连接，高电平比较器和低电平比较器分别与FPGA芯片连接。
恒流源电路包括正恒流源电路和负恒流源电路，正恒流源电路和负恒流源电路分别与开关电路连接。
正恒流源电路包括正稳压基准源、正运算放大器、正精密电阻，正稳压基准源、正运算放大器和正精密电阻依次连接，正精密电阻与开关电路连接，正稳压基准源采用温度特性精度高的精密稳压基准源，保障正恒流源的稳定输出；负恒流源电路包括负稳压基准源、负运算放大器、负精密电阻，负稳压基准源、负运算放大器和负精密电阻依次连接，负精密电阻与开关电路连接，负稳压基准源采用温度特性精度高的精密稳压基准源，保障负恒流源的稳定输出。
开关电路采用高速开关，提高IF转换电路的响应速度，减小误差。
本实用新型的工作原理：积分电路采集电位计的正电流通过积分电容进行积分，再输出积分电压至比较电路上的高电平比较器，当积分电路的积分电压减小时，由高电平比较器切换至低电平比较器，低电平比较器向FPGA芯片传输低电平信号，FPGA芯片根据低电平信号向开关电路发送控制信号，通过高速开关将负恒流源电路切换至正恒流源电路为积分电路进行校正，使积分电路输出积分电压增大，当积分电压增大使低电平比较器切换至高电平比较器，高电平比较器将积分电压转换成高电平信号传输至FPGA芯片，FPGA芯片根据高电平信号向开关电路发生控制信号，通过高速开关将正恒流源电路切换至负恒流源电路为积分电路进行校正，为了保证输出信号脉冲当量的不变，重复以上周期工作为加速度计输入电流的积分电荷量不断修正， FPGA芯片根据高电平比较器和低电平比较器输出的信号形成脉冲信号，FPGA芯片通过模数转换器采集积分电路上积分电压，再通过模数转换器将积分电压转换成数字信号传输至FPGA芯片，FPGA芯片根据该数字信号进行脉冲数扩展输出，FPGA芯片分别将脉冲信号和扩展脉冲信号发送至上位机上，FPGA芯片根据扩展脉冲信号将脉冲信号进行校正，保证扩展脉冲和脉冲比例保持衡定，从而达到高精度的电流频率转换，减小电路体积。
根据IF电路原理，在积分电路中，积分电压为：
Ui＝U+I×t
其中，Ui为积分电压，U为初始电压，I为加速度计的输入电流， t为积分时间，当输入电流I为一定值时，Ui和t为线性关系，将积分电压峰值Uw均匀分成k分，每份输出固定数量的脉冲信号，即Ui 每变化Uw/k输出固定数量脉冲，通过模数转换器采集到的电压减小扩展脉冲输出，并利用原始脉冲信号进行校正，提高了对小电流的分辨能力。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于FPGA的IF转换电路，包括加速度计，其特征在于：所述加速度计连接有积分电路，所述积分电路连接有比较电路，所述比较电路连接有FPGA芯片，所述FPGA芯片与所述积分电路分别通过开关电路和模数转换器连接，所述开关电路连接有恒流源电路，所述FPGA芯片连接有上位机。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的IF转换电路，其特征在于：所述积分电路包括积分电阻、积分电容和积分运算放大器，所述积分电阻、所述积分电容和所述积分运算放大器依次连接，所述积分运放大器与所述比较电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的IF转换电路，其特征在于：所述比较电路包括高电平比较器和低电平比较器，所述积分运算放大器分别与所述高电平比较器和所述低电平比较器连接，所述高电平比较器和所述低电平比较器分别与所述FPGA芯片连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的IF转换电路，其特征在于：所述恒流源电路包括正恒流源电路和负恒流源电路，所述正恒流源电路和所述负恒流源电路分别与所述开关电路连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于FPGA的IF转换电路，其特征在于：所述正恒流源电路包括正稳压基准源、正运算放大器、正精密电阻，所述正稳压基准源、所述正运算放大器和正精密电阻依次连接，所述正精密电阻与所述开关电路连接。
6.根据权利要求4所述的一种基于FPGA的IF转换电路，其特征在于：所述负恒流源电路包括负稳压基准源、负运算放大器、负精密电阻，所述负稳压基准源、所述负运算放大器和负精密电阻依次连接，所述负精密电阻与所述开关电路连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的IF转换电路，其特征在于：所述开关电路采用高速开关。
Priority Applications (1)
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| CN201922400146.6U CN211263520U (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 一种基于fpga的if转换电路 |
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Publications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113721039A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-11-30 | 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 | 一种高精度i/f转换电路 |
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2019
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| CN113721039A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-11-30 | 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 | 一种高精度i/f转换电路 |
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