一种数字逻辑自触发电路及具有该电路的IFC、VFC转换电路的制作方法

本发明属于电流/频率、电压/频率转换电路设计技术领域，具体涉及一种数字逻辑自触发电路及具有该电路的ifc、vfc转换电路。

背景技术：

电流/频率转换电路(currenttofrequencyconverter，简称cfc或ifc)、电压/频率转换(voltagetofrequencyconverter，简称vfc)是将模拟的电流信号/电压信号转换为数字脉冲信号，是模拟信号到数字信号转换的一种方式，该电路转换精度和线性度极高，因此被广泛应用于惯性导航中。

如图1所示，目前ifc、vfc电路由积分电路、比较器电路、双d触发器、正负恒流源、切换开关五部分构成。该电路存在以下缺陷：

1、比较器电路设计复杂，增加成本。由于ifc、vfc转换器存在正、负电流/电压输入，因此必须产生两个不同电平的触发阈值电压，通过两个比较器设定两个不同翻转阈值进行比较，才能保证转换电路正常工作。

2、需增加电平转换电路。积分器为正负电源供电(±15v)，但后级数字电路为单电源供电(5v或3.3v)，同时为保证接口兼容，输出级还必须将电平转换为数字逻辑相应的电平，器件较多，成本增加。

3、增加转换电路的功耗。为了提高转换电路的环路响应速度，比较器必须选用功耗较大的器件保证延迟足够小，而ifc、vfc为高精度电路，功耗增大不利于产品性能指标，和产品集成化设计。

4、脉冲输出并非真正数字化。原i/f转换器输出为数字脉冲信号，仍需要导航计算机进行脉冲计数处理，才能形成最终数字信号进行存储、处理。

因此，本申请提出一种数字逻辑自触发电路。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种数字逻辑自触发电路及具有该电路的ifc、vfc转换电路，其目的在于提出一种新的逻辑触发方法和逻辑输出方式，并应用在ifc、vfc电路中，能够简化电路结构，降低产品的功耗，数字化协议输出，真正提高转换电路的集成度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种数字逻辑自触发电路，包括：

数字逻辑电路，设有通道1和通道2、及标准的rs422或者其数字接口；

并联电阻r3和电阻r6，所述电阻r3和电阻r6一端分别与所述通道1和通道2连接；

电阻r2和电阻r4，所述电阻r2一端和电阻r4一端均与所述电阻r3另一端连接，所述电阻r2另一端接vdd；

电阻r5和电阻r7，所述电阻r5一端和电阻r7一端均与所述电阻r6另一端连接，所述电阻r7另一端接gnd；

电阻r1、二极管d1和二极管d2，所述二极管d1与所述电阻r2和电阻r4并联，其阴极与所述r2另一端连接；所述二极管d2与所述电阻r5和电阻r7并联，其阳极与所述r7另一端连接；所述电阻r1一端、二极管d1的阳极和二极管d2的阴极均与所述r4另一端和r5另一端连接。

本发明还提供一种ifc转换电路，包括上述数字逻辑自触发电路，及积分器、正负恒流源模块和切换开关；

所述积分器的输入端口接收输入电流、输出端口与所述r1的另一端连接、电源端口与所述切换开关连接；所述正负恒流源模块的正负极与切换开关的正负极连接，所述切换开关的正负极还与所述数字逻辑电路连接。

本发明还提供一种一种vfc转换电路，包括上述数字逻辑自触发电路，及及积分器、正负基准电压模块和切换开关；

所述积分器的输入端口接收输入电流、输出端口与所述r1的另一端连接、电源端口与所述切换开关连接；所述正负基准电压模块的正负极与切换开关的正负极连接，所述切换开关的正负极还与所述数字逻辑电路连接。

本发明提供的数字逻辑自触发电路具有以下有益效果：

(1)结构简单，仅仅需要几个普通电阻就可以达到原使用的两个比较器的效果，完全可以替换原有复杂电路效果。

(2)适应性强，该电路可应用于所有模拟电平信号至数字电平信号的转换，同时针对不同供电电压的数字逻辑电路，只需要改变电阻比值关系，即可满足使用。

(3)整体功耗明显减小，原有两个比较器为了满足电路相应要求，比较器总的功耗超过100mw；采用新的电路结构，功耗仅为1mw-2mw，功耗降低明显。

(4)整体响应明显加快，采用原有方案的比较器部分响应约为0.1us—1us，采用现有方案，因为仅为电阻分压，考虑到数字逻辑电路内部寄生电容，响应时间仅为10ns-50ns。可以提高整个i/f转换器的响应时间。

(5)标准的数字接口协议与导航计算机进行通讯更加方便，同时降低了导航计算机的资源需求。

附图说明

图1为原有ifc转换器的原理框图；

图2为本发明实施例1的数字逻辑自触发电路的原理框图；

图3为本发明实施例1的数字逻辑自触发电路在ifc转换器中的应用原理框图；

图4为本发明实施例1的数字逻辑自触发电路在vfc转换器中的应用原理框图；

图5为本发明实施例1提供的数字自触发逻辑电路在转换器中的具体应用图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种数字逻辑自触发电路，具体如图2所示，包括：

数字逻辑电路，设有通道1和通道2、及标准的rs422或者其数字接口；本实施例中的数字逻辑电路是一个通用的cpu芯片或者专用的asic芯片。

并联电阻r3和电阻r6，电阻r3和电阻r6一端分别与通道1和通道2连接；

电阻r2和电阻r4，电阻r2一端和电阻r4一端均与电阻r3另一端连接，电阻r2另一端接vdd；

电阻r5和电阻r7，电阻r5一端和电阻r7一端均与电阻r6另一端连接，电阻r7另一端接gnd；

电阻r1、二极管d1和二极管d2，二极管d1与电阻r2和电阻r4并联，其阴极与r2另一端连接；二极管d2与电阻r5和电阻r7并联，其阳极与r7另一端连接；电阻r1一端、二极管d1的阳极和二极管d2的阴极均与r4另一端和r5另一端连接。

本发明还提供一种ifc转换电路，如图3所示，包括上述数字逻辑自触发电路，及积分器、正负恒流源模块和切换开关；

积分器的输入端口接收输入电流、输出端口与r1的另一端连接、电源端口与切换开关连接；正负恒流源模块的正负极与切换开关的正负极连接，切换开关的正负极还与数字逻辑电路连接。

本发明还提供一种vfc转换电路，如图4所示，包括上述数字逻辑自触发电路，及及积分器、正负基准电压模块和切换开关；

积分器的输入端口接收输入电流、输出端口与r1的另一端连接、电源端口与切换开关连接；正负基准电压模块的正负极与切换开关的正负极连接，切换开关的正负极还与数字逻辑电路连接。

本实施例提供的ifc转换电路和vfc转换电路的工作原理说明如下：

所有数字逻辑芯片为了提高芯片集成度、降低芯片的功耗，均采用cmos工艺，coms工艺中最基本单元为pmos管和nmos管，通过pmos和noms的互补导通和关断来判断高低电平，pmos管和noms管本身有触发阈值vg，vg实际触发阈值与半导体制作工艺有关，其触发阈值一般在1/2vdd----2/3vdd(其中vdd为电源电压)。当低于翻转阈值时，芯片认为输入为低电平；当高于翻转阈值时，芯片认为输入为高电平。

ifc、vfc转换器由于存在正、负电流输入，积分器输出有两种状态，为识别两种状态，因此必须产生两个不同的触发电压vh、vl。针对数字电路本身只存在一种固定阈值电压问题，因此将积分器输出的波形进行电平变换，形成vh、vl。

其中vh由r4和r5电阻分压组成。触发电压vl由r2、r3通过与vdd电源电压分压组成，

触发电压(r1<<r4，因此r1可以忽略不计)，

触发电压(r1<<r4，因此r1可以忽略不计)

同时为了保证电路的工作可靠性，vh、vl还应满足以下条件：

0≤vh或vl≤vdd；

电平变换后的触发阈值vh、vl均为正电平，积分器输出波形自适应至正电平范围内，不再产生负电平信号。

其中r1电阻用于对if转换器上电瞬间的限流保护，由于i/f转换器上电瞬间积分器输出为不确定状态，可能为负电压，此时若无限流电阻，i/f转换器可能输出较大电流，造成上电异常或i/f转换器烧毁。

其中d1、d2二极管用于保护数字逻辑电路，防止在非正常状态下，输入电压超出逻辑电路供电电压，造成数字逻辑器件过压烧毁。

其中r3、r6用于保护数字逻辑器件的端口，防止端口电流过大造成数字逻辑器件的烧毁。

电路工作原理为：

当积分器的输出电压高于vh时，数字逻辑电路通道2触发，控制相应的切换通道进行反馈。数字逻辑电路通过内部的可逆计数器向下进行计数并记录，将记录的数据按照固定时间间隔(如5ms)转换为标准的rs232、rs422或者其他协议接口输出。

当积分器的输出电压低于vl时，数字逻辑电路通道1触发，控制相应的切换通道进行反馈。数字逻辑电路通过内部的可逆计数器向上进行计数并记录，将记录的数据按照固定时间间隔(如5ms)转换为标准的rs232、rs422或者其他协议接口输出。

当积分器的输出电压在vh与vl之间时，数字电路的两通道均不触发，电路处于静止状态状态。数字逻辑电路通过内部的可逆计数器计数为0并记录，将记录的数据按照固定时间间隔(如5ms)转换为标准的rs232、rs422或者其他协议接口输出。

如图5所示，本实施例还提供字自触发逻辑电路在转换器中的具体应用实例：

数字逻辑电路供电电压为3.3v，本身触发阈值以1/2vdd，即1.65v计算。

其中通道2对于积分器输出的触发阈值为：

其中通道1对于积分器输出的触发阈值为：

通过该实例，可以将数字逻辑器件单一触发阈值调整为两个不同的触发阈值(2.31v，0.99v)，当ifc输入正电流时，可以通过0.99v触发阈值进行工作；当ifc输入负电流时，可以通过2.31v触发阈值进行工作。结合ifc实际应用可达到自触发的目的。针对不同需求的触发阈值，只需要调整电阻分压即可实现。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。