多路集成电流频率转换器的制作方法

本发明涉及电子技术领域，具体地说，涉及一种多路集成电流/频率转换器，特别是针对电流/频率转换器精度高、小体积、输出稳定性高和可靠性较高的领域。

背景技术：

目前，在惯性导航系统中，i/f变换电路是系统的关键部件。随着车载、船航、航空航天的要求和发展，在惯性导航系统中得到推广应用。在实际应用中，将加速度传感器输出的三方向电流信号线性的转换为数字脉冲信号，实现a/d转换，数字信号可供后级进行数字识别和处理。i/f变换电路主要需求方向为高转换精度需求及小体积需求。

目前，应用的i/f转换电路非线性度指标方面，在10-5量级，应用的i/f转换电路体积方面，一般≥90mm×90mm×15mm。在更小型化型号中，无法得到应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种多路集成电流频率转换器。多路集成电流频率转换器解决了，在保证电流/频率转换器精度高、输出稳定性高和可靠性较高的前提下，将电流/频率转换器的体积做到更小，可应用于超小型惯导系统中。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种多路集成电流频率转换器，包括温控型电流源以及至少三个并行的转换电路；

温控型电流源包括电流源电路以及给电流源电路加热的温控电路；

电流源电路包括基准u6、与电压基准u6电连接的运算放大器、与运算放大器电连接的扩流电路、与扩流电路连接的平衡电阻、以及与平衡电阻电连接的采样电路；

温控电路包括用于给电流源电路加热的加热电阻r9；

转换电路包括电流输入信号lin、对输入信号lin积分变为电压信号的积分电路、将电压与预制电压进行比较并进行输出的比较电路、与比较电路电连接并输出信号的数字逻辑控制电路、以及电子开关电路；

数字逻辑控制电路输出频率信号；

数字逻辑控制电路控制电子开关电路的通断；

电流源电路通过电子开关电路给积分电路输入复位信号，从而将高电平下降形成低电平，从而输出三角波信号。

作为上述技术方案的进一步改进：

针对电流源电路，基准u6的6脚接运放u7a的3脚；运放u7a的3脚输出电压跟随接场效应管q3的输入端，场效应管q3的一输出端分别接输出电流i-与三极管q4的集电极，场效应管q3的另输出端接三极管q4的基极，三极管q4发射极输出电流经过用于平衡三极管q4发射极与基极电压差的平衡电阻r15，平衡电阻r15输出两路一路接运放u7a的2脚，另一路接采样电阻ry2，采样电阻ry2另一端接入输入负压；

三极管q4与场效应管q3组成扩流电路。

基准u6的6脚接运放u7b的5脚；运放u7b接电压转移电路，电压转移电路包括电阻r16-r19、以及扩流输出电路的场效应管q5；

运放u7b的7脚接场效应管q5，场效应管q5一输出端与运放u7b的6脚接电阻r16，运放u7b的6脚与基准u6的4脚之间连接电阻r19；

场效应管q5另一输出端接电阻r17后分两路，一路经过电阻r18接输入正压，另一路接运放u8a的3脚；

运放u8a接包括场效应管q6、与场效应管q6电连接的三极管q7的扩流电路；场效应管q6输入端接运放u8a的1脚，场效应管q6一输出端分别接三极管q7的集电极与输出电流i+；场效应管q6另一输出端分别接三极管q7的基极；

三极管q7的发射极接有平衡电阻r14的输入端，运放u8a的2脚接平衡电阻r14的输出端；平衡电阻r14的输出端还接有采样电阻ry1，

输入正压以及采样电阻ry1输出端分别通过并联的电容c5、c6后接地。

基准u6的脚2接地，脚4通过并联的滤波电容c7、c8接地，脚6通过滤波电容c12接地。

温控电路包括温度传感器、电压基准、比较器、电阻r6-r9、以及包括三极管q4与三极管q5的扩流电路；

输入电压分别给温度传感器、电压基准、比较器供电，输入电压经过分流电阻r7接三极管q4基极，输入电压接三极管q5集电极；

温度传感器输出端通过电阻r8接地，电阻r8的输入端还接有比较器的3脚，电压基准接比较器的2脚，比较器的6脚经过分流电阻r6接三极管q4基极，三极管q4集电极接三极管q5基极，三极管q4发射极与三极管q5发射极通过加热电阻r9接地。

电流源电路设置在陶瓷基板上，加热电阻r9也设置在陶瓷基板上。

温控型电流源主要由电压基准、正通道电流产生电路、负通道电流产生电路及温度控制电路组成，从而实现了基准u6的电压跟随，通过扩流电路实现电流调整，通过平衡电阻实现三极管的电压落差调整，通过输入电压实现供电，并将电压基准作为基准，实现电流输出。

通过三极管实现扩流通断，从而实现自动加热或停止加热。

积分电路包括依次电连接的积分运放模块、积分电容模块、以及扩流电路模块；

电流输入信号lin经过电阻r0与电容c0组成的初次滤波电路后，接复位节点σ；复位节点σ分别接积分运放模块的运放u1的2脚与积分电容cj，运放u1的3脚接地，运放u1的6脚接限流电阻r1，

扩流电路模块包括电阻r2、r3，三极管q1、q2；三极管q1为npn型、q2为pnp型

电阻r2接三极管q1的集电极，电阻r3接三极管q2的集电极，电阻r2接正相电压，电阻r3接负向电压；

积分电容cj输出端接三极管q1、q2的发射极的输出节点并输出给比较电路；

限流电阻r1输出信号分别接三极管q1、q2的基极；

电子开关电路u5的3脚、6脚接复位节点σ，对积分电容cj进行放电；

电流输入信号lin对积分电容cj进行充电。

比较电路包括比较电压设置电路、正通道比较器、以及负通道比较器；

比较电压设置电路分两路，一路接正通道比较器u2a输出，另一路接负通道比较器u3a输出；

比较电压包括分压电阻r4、r5、以及预置电压电路；预置电压电路包括r16、r17、r8、r9；

比较电路输入信号经过分压电阻r4后，一路通过分压电路r5接地，另一路并接比较器u2a、u3a的2脚，

正相预置电压接电阻r16后分别接入比较器u2a的3脚与电阻r17，电阻r17另一端接地；

正相预置电压接电阻r9后分别接入比较器u3a的3脚与电阻r8，电阻r8另一端接地；

比较器u2a、u3a分别将积分电容cj输出电压与预置电压，当积分电容cj输出电压的电平高于预置电压电平，则比较器u2a、u3a的7脚输出高电平，否则不输出；

比较器u2a的7脚通过上拉电阻r10和/或比较器u3a的的7脚通过上拉电阻r11接上拉电压，将输出高电平上拉到设定数值。

数字逻辑控制电路的计数器包括计数器、反相器、或门、前端触发器、与门、后端触发器；

前端触发器u4的输入端14接比较器u2a的7脚，前端触发器输入端1接比较器u3a的7脚，计数器clk端接入时钟信号；

根据输入的高电平信号与计数器的信号，反相器进行反转，通过或门选择前端触发器的比较器u2a、u3a的信号，通过与门计算后；

后端触发器7脚对应脚1输出频率信号f0+，后端触发器8脚对应14脚输出频率信号f0-；

后端触发器6脚对应脚1接电子开关电路u5的8脚，9脚对应脚14接电子开关电路u5的1脚；

在电子开关电路中，输入端8脚控制输出端为6、7脚；输入端1脚控制输出端为2、3脚；3、6脚接复位节点σ，输入反相复位信号；

电流源电路正相电路i+通过限流电阻r12接2脚接；

电流源电路反相电路i-通过限流电阻r13接7脚接；

输入端8脚控制输出端7脚的输入电流是否通过6脚进入复位节点σ；

输入端1脚控制输出端2脚的输入电流是否通过3脚进入复位节点σ；

2、7脚还通过电流泄放通路接地；电流泄放通路包括两个串联的二极管。

多路集成电流频率转换器，在保证电流/频率转换器精度高、输出稳定性高和可靠性较高的前提下，将电流/频率转换器的体积做到更小，可应用于超小型惯导系统中。

本发明的有益效果在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。

附图说明

图1是本发明部分的结构示意图。

图2是本发明部分的结构示意图。

图3是本发明部分的结构示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，本实施例的多路集成电流频率转换器，包括温控型电流源以及转换电路；

温控型电流源包括电流源电路以及给电流源电路加热的温控电路；

电流源电路包括基准u6、与电压基准u6电连接的运算放大器、与运算放大器电连接的扩流电路、与扩流电路连接的平衡电阻、以及与平衡电阻电连接的采样电路；

温控电路包括用于给电流源电路加热的加热电阻r9；

转换电路包括电流输入信号lin、对输入信号lin积分变为电压信号的积分电路、将电压与预制电压进行比较并进行输出的比较电路、与比较电路电连接并输出信号的数字逻辑控制电路、以及电子开关电路；

数字逻辑控制电路输出频率信号；

数字逻辑控制电路控制电子开关电路的通断；

电流源电路通过电子开关电路给积分电路输入复位信号，从而将高电平下降形成低电平，从而输出三角波信号。

针对电流源电路，基准u6的6脚接运放u7a的3脚；运放u7a的3脚输出电压跟随接场效应管q3的输入端，场效应管q3的一输出端分别接输出电流i-与三极管q4的集电极，场效应管q3的另输出端接三极管q4的基极，三极管q4发射极输出电流经过用于平衡三极管q4发射极与基极电压差的平衡电阻r15，平衡电阻r15输出两路一路接运放u7a的2脚，另一路接采样电阻ry2，采样电阻ry2另一端接入输入负压；

三极管q4与场效应管q3组成扩流电路。

基准u6的6脚接运放u7b的5脚；运放u7b接电压转移电路，电压转移电路包括电阻r16-r19、以及扩流输出电路的场效应管q5；

运放u7b的7脚接场效应管q5，场效应管q5一输出端与运放u7b的6脚接电阻r16，运放u7b的6脚与基准u6的4脚之间连接电阻r19；

场效应管q5另一输出端接电阻r17后分两路，一路经过电阻r18接输入正压，另一路接运放u8a的3脚；

运放u8a接包括场效应管q6、与场效应管q6电连接的三极管q7的扩流电路；场效应管q6输入端接运放u8a的1脚，场效应管q6一输出端分别接三极管q7的集电极与输出电流i+；场效应管q6另一输出端分别接三极管q7的基极；

三极管q7的发射极接有平衡电阻r14的输入端，运放u8a的2脚接平衡电阻r14的输出端；平衡电阻r14的输出端还接有采样电阻ry1，

输入正压以及采样电阻ry1输出端分别通过并联的电容c5、c6后接地。

基准u6的脚2接地，脚4通过并联的滤波电容c7、c8接地，脚6通过滤波电容c12接地。

温控电路包括温度传感器、电压基准、比较器、电阻r6-r9、以及包括三极管q4与三极管q5的扩流电路；

输入电压分别给温度传感器、电压基准、比较器供电，输入电压经过分流电阻r7接三极管q4基极，输入电压接三极管q5集电极；

温度传感器输出端通过电阻r8接地，电阻r8的输入端还接有比较器的3脚，电压基准接比较器的2脚，比较器的6脚经过分流电阻r6接三极管q4基极，三极管q4集电极接三极管q5基极，三极管q4发射极与三极管q5发射极通过加热电阻r9接地。

电流源电路设置在陶瓷基板上，加热电阻r9也设置在陶瓷基板上。

温控型电流源主要由电压基准、正通道电流产生电路、负通道电流产生电路及温度控制电路组成，从而实现了基准u6的电压跟随，通过扩流电路实现电流调整，通过平衡电阻实现三极管的电压落差调整，通过输入电压实现供电，并将电压基准作为基准，实现电流输出。

通过三极管实现扩流通断，从而实现自动加热或停止加热。

积分电路包括依次电连接的积分运放模块、积分电容模块、以及扩流电路模块；

电流输入信号lin经过电阻r0与电容c0组成的初次滤波电路后，接复位节点σ；复位节点σ分别接积分运放模块的运放u1的2脚与积分电容cj，运放u1的3脚接地，运放u1的6脚接限流电阻r1，

扩流电路模块包括电阻r2、r3，三极管q1、q2；三极管q1为npn型、q2为pnp型

电阻r2接三极管q1的集电极，电阻r3接三极管q2的集电极，电阻r2接正相电压，电阻r3接负向电压；

积分电容cj输出端接三极管q1、q2的发射极的输出节点并输出给比较电路；

限流电阻r1输出信号分别接三极管q1、q2的基极；

电子开关电路u5的3脚、6脚接复位节点σ，对积分电容cj进行放电；

电流输入信号lin对积分电容cj进行充电。

比较电路包括比较电压设置电路、正通道比较器、以及负通道比较器；

比较电压设置电路分两路，一路接正通道比较器u2a输出，另一路接负通道比较器u3a输出；

比较电压包括分压电阻r4、r5、以及预置电压电路；预置电压电路包括r16、r17、r8、r9；

比较电路输入信号经过分压电阻r4后，一路通过分压电路r5接地，另一路并接比较器u2a、u3a的2脚，

正相预置电压接电阻r16后分别接入比较器u2a的3脚与电阻r17，电阻r17另一端接地；

正相预置电压接电阻r9后分别接入比较器u3a的3脚与电阻r8，电阻r8另一端接地；

比较器u2a、u3a分别将积分电容cj输出电压与预置电压，当积分电容cj输出电压的电平高于预置电压电平，则比较器u2a、u3a的7脚输出高电平，否则不输出；

比较器u2a的7脚通过上拉电阻r10和/或比较器u3a的的7脚通过上拉电阻r11接上拉电压，将输出高电平上拉到设定数值。

数字逻辑控制电路的计数器包括计数器、反相器、或门、前端触发器、与门、后端触发器；

前端触发器u4的输入端14接比较器u2a的7脚，前端触发器输入端1接比较器u3a的7脚，计数器clk端接入时钟信号；

根据输入的高电平信号与计数器的信号，反相器进行反转，通过或门选择前端触发器的比较器u2a、u3a的信号，通过与门计算后；

后端触发器7脚对应脚1输出频率信号f0+，后端触发器8脚对应14脚输出频率信号f0-；

后端触发器6脚对应脚1接电子开关电路u5的8脚，9脚对应脚14接电子开关电路u5的1脚；

在电子开关电路中，输入端8脚控制输出端为6、7脚；输入端1脚控制输出端为2、3脚；3、6脚接复位节点σ，输入反相复位信号；

电流源电路正相电路i+通过限流电阻r12接2脚接；

电流源电路反相电路i-通过限流电阻r13接7脚接；

输入端8脚控制输出端7脚的输入电流是否通过6脚进入复位节点σ；

输入端1脚控制输出端2脚的输入电流是否通过3脚进入复位节点σ；

2、7脚还通过电流泄放通路接地；电流泄放通路包括两个串联的二极管。

通过多路集成电流/频率转换器，是采用厚膜混合集成工艺制作小体积电流/频率模块，再配接简单的外围电路实现多路集成电流/频率转换。原理方面采用双d等宽触发电荷平衡原理实现电流/频率转换，以单通道为例对电路原理进行说明，电流/频率转换电路主要是由积分器、比较器、双d等宽触发逻辑电路、电子开关电路和恒流源电路等组成。通过以上设计，可有效控制电路转换精度，并能有效减小转换器体积。实现了对正相与反相分别控制，实现了电路保护，极大优化设计。提出了一个新方案。

如图1-3所示，本实施例的多路集成电流转换器，包括温控型电流源以及转换电路；

温控型电流源包括电流源电路以及给电流源电路加热的温控电路。

电流源电路包括基准u6、与电压基准u6电连接的运算放大器、与运算放大器电连接的扩流电路、与扩流电路连接的平衡电阻、以及与平衡电阻电连接的采样电路；

温控电路包括用于给电流源电路加热的加热电阻r9。

针对电流源电路，基准u6的6脚接运放u7a的3脚；运放u7a的3脚输出电压跟随接场效应管q3的输入端，场效应管q3的一输出端分别接输出电流i-与三极管q4的集电极，场效应管q3的另输出端接三极管q4的基极，三极管q4发射极输出电流经过用于平衡三极管q4发射极与基极电压差的平衡电阻r15，平衡电阻r15输出两路一路接运放u7a的2脚，另一路接采样电阻ry2，采样电阻ry2另一端接入输入负压；

三极管q4与场效应管q3组成扩流电路。

基准u6的6脚接运放u7b的5脚；运放u7b接电压转移电路，电压转移电路包括电阻r16-r19、以及扩流输出电路的场效应管q5；

运放u7b的7脚接场效应管q5，场效应管q5一输出端与运放u7b的6脚接电阻r16，运放u7b的6脚与基准u6的4脚之间连接电阻r19；

场效应管q5另一输出端接电阻r17后分两路，一路经过电阻r18接输入正压，另一路接运放u8a的3脚；

运放u8a接包括场效应管q6、与场效应管q6电连接的三极管q7的扩流电路；场效应管q6输入端接运放u8a的1脚，场效应管q6一输出端分别接三极管q7的集电极与输出电流i+；场效应管q6另一输出端分别接三极管q7的基极；

三极管q7的发射极接有平衡电阻r14的输入端，运放u8a的2脚接平衡电阻r14的输出端；平衡电阻r14的输出端还接有采样电阻ry1，

输入正压以及采样电阻ry1输出端分别通过并联的电容c5、c6后接地。

基准u6的脚2接地，脚4通过并联的滤波电容c7、c8接地，脚6通过滤波电容c12接地。

温控电路包括温度传感器、电压基准、比较器、电阻r6-r9、以及包括三极管q4与三极管q5的扩流电路；

输入电压分别给温度传感器、电压基准、比较器供电，输入电压经过分流电阻r7接三极管q4基极，输入电压接三极管q5集电极；

温度传感器输出端通过电阻r8接地，电阻r8的输入端还接有比较器的3脚，电压基准接比较器的2脚，比较器的6脚经过分流电阻r6接三极管q4基极，三极管q4集电极接三极管q5基极，三极管q4发射极与三极管q5发射极通过加热电阻r9接地。

电流源电路设置在陶瓷基板上，加热电阻r9也设置在陶瓷基板上。

温控型电流源主要由电压基准、正通道电流产生电路、负通道电流产生电路及温度控制电路组成，从而实现了基准u6的电压跟随，通过扩流电路实现电流调整，通过平衡电阻实现三极管的电压落差调整，通过输入电压实现供电，并将电压基准作为基准，实现电流输出。

比较器通过比较电阻r8与基准电压，通过三极管实现扩流通断，从而实现自动加热或停止加热。

本发明通过对电流源进行温度控制设计，将电流源的环境工作温度稳定的控制在某个温度区域，能够明显改善电流源的温度稳定性。设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。

本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一例举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。