专利名称：直接数字电容频率转换电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量领域，特别是应用在电容式压力差压变送器中的直接数字电容频率转换电路。
背景技术：
电容式压力差压变送器在过程控制领域有着非常广泛的应用，而将被测压力的电容信号转换成电信号和数字信号是这种变送器的关键它直接影响变送器的精度和质量。传统的电容压力传感器信号转换有如下两种(1)、采用差动脉冲宽度调制电路，对应两侧电容的大小，输出一个随电容变化的脉冲占空比(电容等值时输出占空比50％)，经过低通滤波器后，这一信号可以被A/D转换器采集。(2)、采用恒电流控制振荡方式输出一个对应电容变化的电流值，这种结构适合于直接进行模拟输出的变送器电路。以上两种电路都有共同的缺点不能实现完全的电隔离、需要A/D转换器将信号数字化，抗干扰能力差、采集精度不是很高；而直接数字电容频率转换电路不仅克服了上述缺点，而且两路信号分别获取，使得传感器的信息量增加一倍，通过软件处理就可以将采集的信号放大以实现更高的精度和量程比，降低了成本，使用更低的功耗。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种直接数字电容频率转换电路，从而改变了传统模拟信号处理只能得到一个合成信号而不能获取单边信号的缺点；不再需要使用A/D转换器采集信号，降低了成本，同时具有数字电路特有的超强抗干扰性能；两路信号的分别获取，使传感器信息量增加一倍，从而实现了高精度、低成本、强抗干扰的电容信号数字化转换。
本实用新型的目的是这样实现的一种直接数字电容频率转换电路，其特征在于是由两组受控分时工作的充放电电路和电压域值比较器、分时控制电路、输出合成电路、测温电路、隔离电源电路及用于存储传感器特征化数据的EEPROM几部分组成；其中，隔离电路的一端连接外部控制电路，另一端连接振荡控制电路，振荡控制电路的输出分别连接两组充放电电路，两组域值比较器的的输出分别连接两组充放电电路；两组受控分时工作的充放电电路和域值比较器与传感器连接；两组充放电电路的输出与输出合成电路连接。
-所述的分时工作的充放电电路是由与非门D1A、D1C及与非门D1B、D3A组成，与非门的型号可为74H00、74H10，两个与非门芯片分别具有2输入端和3输入端，同时还可以采用的与非门芯片有CD4011、CC4023等具有2、3、4输入端的与非门电路。
-所述的受控分时工作的域值比较器是由D2D、D2C及D2B、D2A组成，电压域值比较器的型号可为TLC3704I，同时还可以采用的比较器有TLC339、LM293、TLC3702I、LM3302、TL374、TL372、TLV2393、TLV2354等双或四比较器。
-所述的光电隔离电路是由光电耦合器件E1及E2构成，光电耦合器的型号可为TLP521，也可以为4N25、MOC2050、PS2501等单或双光耦合器件。
-所述的振荡控制电路是由与非门D3C、D3D构成，其型号可为74HC00。
-所述的EEPROM是由93C66构成。
-所述的输出合成电路是由与非门D3B及隔离输出变压器T1构成。
本实用新型电路结构省去了〖电容值→模拟信号→数字信号〗这一过程中间的“模拟信号”环节，实现了直接的电容到数字信号的转换。从而改变了传统模拟信号处理只能得到一个合成信号而不能获取单边信号的缺点；不再需要使用A/D转换器采集信号，降低了成本，同时具有数字电路特有的超强抗干扰性能；两路信号的分别获取，使传感器信息量增加一倍，从而实现了高精度、低成本、强抗干扰的电容信号数字化转换。
图1为本实用新型电路原理框图；图2为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
参见图1、图2直接数字电容频率转换电路，是对电容压力传感器的电容量(对应实际压力)进行采集转换的一种新型电路结构。是由两组受控分时工作的充放电电路和电压域值比较器、分时控制电路、输出合成电路、测温电路、隔离电源电路及用于存储传感器特征化数据的EEPROM几部分组成；其中，隔离电路的一端连接外部控制电路，另一端连接振荡控制电路，振荡控制电路的输出分别连接两组充放电电路，两组域值比较器的的输出分别连接两组充放电电路；两组受控分时工作的充放电电路和域值比较器与传感器连接；两组充放电电路的输出与输出合成电路连接。
本实用新型的工作原理是这样实现的由外部控制电路经过光电耦合器驱动锁存电路，锁存电路输出用于采集被测电容CL或CH，然后由与非门数字电路通过电阻对该电容充放电，同时比较器比较被测电容上的电压以控制充放电翻转，得到的类方波信号经过电容等元件传递给隔离信号输出变压器输出，根据输出频率的大小，则可以得到电容相对应的压力值。
本实用新型具有如下特点两组振荡器分时工作，分别获取CL及CH两个电容值；采用类似于SRAM技术的分时锁存电路，大幅度降低了隔离型控制电路的功耗；合成的检测脉冲以超窄脉宽输出，降低了功耗，同时也实现了两路脉冲的隔离输出。采用简单的PN结或NTC用于监测PCB板的温度及工作状况；在板的EEPROM用于传感器特征化数据的存储，使与此电路板结合在一起的传感器的特性不随单片机处理板的的更换而重新标定。在低功耗应用中，因为不再使用A/D转换器，使其在不同的国家销售时不必再考虑电源是50HZ或60HZ的影响。
本实用新型改变了传统模拟信号处理只能得到一个合成信号而不能分别获取单边信号的缺点；不再需要使用A/D转换器采集信号，降低了成本，同时具有数字电路特有的超强抗干扰性能，超低功耗的设计，使其可以应用于现场仪表，并满足本质安全标准。两路信号的分别获取，使传感器信息量增加一倍，相比模拟传感器只能达到的0.1％的最高精度，现在可以容易地实现0.075％的精度指标，本实用新型也不同于传统的脉宽调制转换电路，干扰影响脉冲宽度，但并不对采集数据造成影响。因此，本实用新型实现了高精度、低成本、强抗干扰的电容信号数字化转换，为实现高精度的压力变送器提供了最佳的方案和最佳的结构。
权利要求1.一种直接数字电容频率转换电路，其特征在于是由两组受控分时工作的充放电电路和电压域值比较器、分时控制电路、输出合成电路、测温电路、隔离电源电路及用于存储传感器特征化数据的EEPROM几部分组成；其中，隔离电路的一端连接外部控制电路，另一端连接振荡控制电路，振荡控制电路的输出分别连接两组充放电电路，两组域值比较器的的输出分别连接两组充放电电路；两组受控分时工作的充放电电路和域值比较器与传感器连接；两组充放电电路的输出与输出合成电路连接。
2.根据权利要求1所述的直接数字电容频率转换电路，其特征在于所述的分时工作的充放电电路是由与非门D1A、D1C及与非门D1B、D3A组成，与非门的型号可为74H00、74H10，两个与非门芯片分别具有2输入端和3输入端，同时还可以采用的与非门芯片有CD4011、CC4023等具有2、3、4输入端的与非门电路。
3.根据权利要求1所述的直接数字电容频率转换电路，其特征在于所述的受控分时工作的域值比较器是由D2D、D2C及D2B、D2A组成，电压域值比较器的型号可为TLC3704I，同时还可以采用的比较器有TLC339、LM293、TLC3702I、LM3302、TL374、TL372、TLV2393、TLV2354等双或四比较器。
4.根据权利要求1所述的直接数字电容频率转换电路，其特征在于所述的光电隔离电路是由光电耦合器件E1及E2构成，光电耦合器的型号可为TLP521，也可以为4N25、MOC2050、PS2501等单或双光耦合器件。
5.根据权利要求1所述的直接数字电容频率转换电路，其特征在于所述的振荡控制电路是由与非门D3C、D3D构成，其型号可为74HC00。
6.根据权利要求1所述的直接数字电容频率转换电路，其特征在于所述的EEPROM是由93C66构成。
7.根据权利要求1所述的直接数字电容频率转换电路，其特征在于所述的输出合成电路是由与非门D3B及隔离输出变压器T1构成。
专利摘要一种直接数字电容频率转换电路，是由两组受控分时工作的充放电电路和电压域值比较器、分时控制电路、输出合成电路、测温电路、隔离电源电路及用于存储传感器特征化数据的EEPROM几部分组成；本实用新型电路结构省去了[电容值→模拟信号→数字信号]这一过程中间的“模拟信号”环节，实现了电容到数字频率信号的直接转换。从而改变了传统模拟信号处理只能得到一个合成信号而不能获取单边信号的缺点；不再需要使用A/D转换器采集信号，因为不再使用A/D转换器，使其在不同的国家销售时不必再考虑电源是50Hz或60Hz的影响。降低了成本，同时具有数字电路特有的超强抗干扰性能；两路信号的分别获取，使传感器信息量增加一倍，从而实现了高精度、低成本、强抗干扰的电容信号数字化转换。
文档编号G08C19/00GK2560046SQ0225716
公开日2003年7月9日 申请日期2002年9月27日 优先权日2002年9月27日
发明者王长密, 马小勇, 张广川, 曹正平, 陈小枫, 汪宝兵 申请人:北京华控技术有限责任公司