一种石英挠性加速度计I/F采集电路的制作方法

本发明涉及电路设计领域，具体涉及一种石英挠性加速度计i/f采集电路。

背景技术：

1、石英挠性加速度计具备精度高、可靠性高、功耗低、体积小等优点，在惯性级导航系统中得到广泛应用。由于石英挠性加速度计输出的原始信号是模拟电流信号，必须进行模/数转换才能被导航计算机运用，以进行后续的处理解算。

2、目前，模/数转换方式主要有集成a/d采样、电压/频率转换(v/f)、电流/频率转换(i/f)这几种转换方。其中，a/d芯片内部结构复杂，各类型a/d芯片工作原理差别较大，输出为模拟电压信号的二进制数据，粗略估计，需要使用24位a/d芯片才能使转换精度接近10-6g量级，而且当转换速度很快时，实际达不到24位转换精度，存在转换速度和转换精度相互冲突的问题。后几种都属于间接式模/数转换器，本质原理都相同，不同的是vco和v/f方式转换的源信号是电压信号，而i/f方式转换的源信号是电流信号。当前加速度计模/数转换方式主要有上述几种转换方式，但均存在一定问题和缺陷，即a/d采样方式受转换速度和精度限制；v/f、i/f方式受信号形态限制。现有技术无法实现既适用于高速转换又能保证高精度转换的技术效果。现有技术应用于高性能惯性导航系统时，存在精度无法满足使用需求的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种采集电路，通过将加速度计的电流信号进行连续不间断的积分，由电荷平衡变换原理将模拟信号转换成为数字信号。该电路由积分电路、门限比较电路、逻辑触发电路、开关电路和恒流源电路等分立元件搭建，最终实现将模拟信号的电流转换为数字信号的频率输出。

2、本发明提供了一种石英挠性加速度计i/f采集电路，包括积分电路、比较电路、逻辑触发电路、开关电路、恒流源和脉冲输出电路，所述积分电路，用于对来自加速度计的模拟电流ia进行积分；该积分电路包括运算放大器与电容；所述积分电路将所述加速度计的输出电流ia输入到所述运算放大器的反相输入端σ点，该反相输入端σ点处还可接收来自恒流源的反馈电流if，当所述积分电路接收到所述反馈电流if时，所述积分电路进行反向积分；

3、所述比较电路，用于判断积分电路的积分电压值是否超过设定门限；

4、所述逻辑触发电路，与所述比较电路相连接，用于在积分电压值uo超过设定门限时触发控制信号；

5、所述开关电路，受逻辑触发电路控制导通或断开，用于切换恒流源的接入方向；

6、所述恒流源，用于在开关电路导通时向所述反相输入端σ点注入反馈电流ic；

7、所述脉冲输出电路，同时受逻辑触发电路控制，用于输出数字脉冲。

8、特别地，在该反相输入端σ点处，所述输出电流ia与来自所述恒流源的反馈电流if平衡；所述反相输入端σ点的电流方程表示：ic＝ia–if。

9、特别地，当忽略反相输入端σ点电压时，所述积分电压值uo与加速度计输出电流ia和恒流源的反馈电流if的关系可以表示为：

10、

11、其中c同样表示积分电容的电容量。

12、特别地，其中，qo＝cuo为积分器储存电荷，其中，为惯性仪表输出电流ia在0到t时间内的积分值，即惯性仪表输出电荷的总电荷量qa，为在同一时间内恒流源输入到积分器的量化脉冲电荷的总和qf。特别地，若开关在t时间内的接通次数为n次，则：

13、

14、其中，q＝if*tk，定义为量化电荷，if由恒流源确定，tk由输入的晶振确定。

15、特别地，所述逻辑触发电路选择复杂可编程逻辑器件cpld，用来接受门限比较电路的输出，以控制开关电路的通断。

16、特别地，所述开关电路采用双极性开关，当所述双极性开关导通时，将恒流源的电流接入积分电路，对积分电容反向积分，所述积分电压值uo减小；当所述积分电压值uo小于所述比较电路的门限电压后，所述比较电路输出低电平；所述逻辑触发电路切断开关电路，所述恒流源停止输入电流至所述积分电路。

17、特别地，在所述恒流源电流接入所述积分电路的同时，所述逻辑触发电路控制脉冲输出，实现所述加速度计的模拟量电流转化为数字量频率。

18、特别地，所述石英挠性加速度计i/f采集电路还包括频标电路，其为系统提供基准时钟信号。

19、特别地，所述恒流源为正负恒流源，其具有正负双路电流输出。

20、有益效果：

21、1、通过本发明的方案，使用电流频率转换方式，实现了高精度的模拟信号数字化。

22、2、采用积分电路平衡加速度计输出电流，有效抑制了失调电流和偏置电流的影响，提高了信号质量。

23、3、通过电荷平衡原理实现电流数频转换，方法简单可靠。

24、4、电路结构简单，由基本的运算放大器、电容、电阻和开关管组成，易于实现。

25、5、输出为数字量脉冲信号，可直接连接到后续数字系统进行处理，使用灵活。

26、6、电路稳定可靠，精度高，可适用于高性能的惯性导航系统，技术成熟度高，便于工程实现，对系统实际应用意义大。

技术特征：

1.一种石英挠性加速度计i/f采集电路，包括积分电路、比较电路、逻辑触发电路、开关电路、恒流源和脉冲输出电路，其特征在于，

2.如权利要求1所述的石英挠性加速度计i/f采集电路，其特征在于，在该反相输入端σ点处，所述输出电流ia与来自所述恒流源的反馈电流if平衡；所述反相输入端σ点的电流方程表示：ic＝ia–if。

3.如权利要求2所述的石英挠性加速度计i/f采集电路，其特征在于，

4.如权利要求3所述的石英挠性加速度计i/f采集电路，其特征在于，

5.如权利要求4所述的石英挠性加速度计i/f采集电路，其特征在于，若开关在t时间内的接通次数为n次，则：

6.如权利要求1所述的石英挠性加速度计i/f采集电路，其特征在于，

7.如权利要求1所述的石英挠性加速度计i/f采集电路，其特征在于，

8.如权利要求1所述的石英挠性加速度计i/f采集电路，其特征在于，在所述恒流源电流接入所述积分电路的同时，所述逻辑触发电路控制脉冲输出，实现所述加速度计的模拟量电流转化为数字量频率。

9.如权利要求1所述的石英挠性加速度计i/f采集电路，其特征在于，

10.如权利要求1所述的石英挠性加速度计i/f采集电路，其特征在于，

技术总结
本发明提出一种石英挠性加速度计I/F采集电路，积分电路用于对来自加速度计的模拟电流进行积分；该积分电路包括运算放大器与电容；所述积分电路将所述加速度计的输出电流输入到所述运算放大器的反相输入端，该反相输入端Σ点处还可接收来自恒流源的反馈电流；比较电路用于判断积分电路的积分电压值是否超过设定门限；所述逻辑触发电路用于在积分电压值超过设定门限时触发控制信号；所述开关电路，受逻辑触发电路控制导通或断开，用于切换恒流源的接入方向；所述恒流源用于在开关电路导通时向反相输入端注入反馈电流；所述脉冲输出电路用于输出数字脉冲，本发明可应用于高性能惯性导航系统时，提供满足高精度的使用需求的方案。

技术研发人员：王宁,王雪,马西保,可伟
受保护的技术使用者：河北汉光重工有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27