一种频率转电压电路与方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空电子技术领域，具体涉及一种频率转电压电路与方法。
【背景技术】
[0002] 飞机上传感器种类、数量众多，对于机载设备而言，则往往需要采用不同的采集接 口硬件和软件来采集这些传感器信号。出于对主要机载设备（如仪表指示系统、采集记录 系统）通用性设计的考虑，往往通过小型的信号转换盒将不同类型的传感器信号转换成更 为通用的总线、模拟电压或离散量信号。
[0003] 频率量为周期信号，而模拟量为连续信号。典型的频率转电压原理框图如图1所 示，其转换方式为采用微处理器采集计算频率的值，然后通过控制数模转换器进行模拟信 号输出。这样的系统需在航空产品上需要投入更多的人力资源和研发周期来进行软件和硬 件的开发。
【发明内容】
[0004] 发明目的：本发明的目的是给出一种硬件实现的频率转电压电路与方法。
[0005] 技术方案：一种频率转电压电路，包括频率信号整形电路（1)、可编程逻辑器件 (2)、脉宽调制驱动电路（3)、低通滤波器（4)和输出驱动电路（5);
[0006]频率信号输入频率信号整形电路（1)，可编程逻辑器件（2)接收整形后的频率信 号，输出的脉宽调制信号经过脉宽调制驱动电路（3)进行驱动，并经过低通滤波器（4)滤波 后，变为直流电压信号，由输出驱动电路（5)输出。
[0007] -种频率转电压方法，其使用如上所述的频率转电压电路进行频率与电压的转 换，所述方法包括以下步骤：
[0008] 1)可编程逻辑器件在每个频率信号的上升沿时通过可编程逻辑器件的脉宽调制 接口输出高电平；
[0009] 2)在固定时长T后，可编程逻辑器件的脉宽调制接口输出低电平，直到下一个频 率信号的上升沿又输出高电平；
[0010] 3)根据输出高电平和输出低电平计算输出直流电压信号的值并输出，计算方法 为：设频率信号的频率为f，输出高电平为VH，输出低电平为\，则输出直流电压信号的值 为：
[0011]
[0012] 当\为(^，VH、T为固定值时，输出直流电压信号的值与频率成正比；
[0013] 由于实际情况下，VH的精度能够保证，而^在单电源供电情况下，则很难为0V，根 据公式①可知，频率越低，则\的不准确引入的误差越大；
[0014] 假设\为一个确定的值，采用脉宽动态修正方法消除误差；
[0015] 脉宽动态修正方法依据可编程逻辑器件外部设置一个固定值SET来调整系数，当 直流电压信号的值偏高时，降低T值来降低电压，设对T的调整量为t，则：
[0016] V〇=f?T?VH=f· (τ-t) ·VH+[l-f· (τ-t) ] ·vL......②
[0017] 进而得到：
[0018；
[0019] 在\一定的情况下，贝
勺一个固定值，其中+ -f为低电平宽 度，即需要调整的脉宽长度与低电平宽度是成正比的，那么只要在信号的每个周期获取低 电平的宽度，然后等比的得到一个调整系数t，即能够调整高电平的宽度T，根据公式②得 到输出直流电压信号的值，使得输出电压与频率成正比。
[0020] 有益效果：使用本发明所述的频率转电压电路与方法，简化了硬件，省略了软件的 开发过程。该技术的应用使得产品的研发周期缩短，降低了成本。
【附图说明】
[0021] 图1为典型的频率转电压原理框图；
[0022] 图2为本发明频率转电压电路原理框图；
[0023] 图3为频率转脉宽调制的基本原理图；
[0024] 图4为转换误差以及修正示意图；
[0025] 图5为脉宽调制驱动电路以及滤波原理。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明的一种实施例做详细描述，请参阅图2、图3、图4、图5。本 发明的一种频率转电压电路，包括频率信号整形电路1、可编程逻辑器件2、脉宽调制驱动 电路3、低通滤波器4和输出驱动电路5 ;
[0027] 频率信号输入频率信号整形电路1，可编程逻辑器件2接收整形后的的频率信号， 输出的脉宽调制信号经过脉宽调制驱动电路3进行驱动，并经过低通滤波器4滤波后，变为 直流电压信号，由输出驱动电路5输出。
[0028] 硬件的实现上，频率信号整形电路1采用常见电路，如比较器等，用于将频率信号 整形为规则的TTL接口的方波输出。脉宽调制驱动电路3和低通滤波器4的实现方式如图 5所示，由晶体管和二阶RC滤波器构成，相互之间串联有电阻。输出驱动电路5则由电压跟 随器构成。可编程逻辑器件2采用CPLD，如XC95系列即可。
[0029] 本发明还涉及一种频率转电压方法，其使用如上所述的频率转电压电路进行频率 与电压的转换，所述方法包括以下步骤：
[0030] 1)可编程逻辑器件在每个频率信号的上升沿时通过可编程逻辑器件的输出接口 输出高电平；
[0031] 2)在固定时长T后，可编程逻辑器件的输出接口输出低电平，直到下一个频率信 号的上升沿又输出高电平；
[0032] 3)根据输出高电平和输出低电平计算输出直流电压信号的值并输出，计算方法 为：设频率信号的频率为f，输出高电平为VH，输出低电平为\，则输出直流电压信号的值 为：
[0033
[0034] 当\为(^，VH、T为固定值时，输出直流电压信号的值与频率成正比，参见附图3 ;
[0035] 由于实际情况下，VH的精度能够保证，而V^E单电源供电情况下，则很难为0V，根 据公式①可知，频率越低，则\的不准确引入的误差越大；
[0036] 假设\为一个确定的值，采用脉宽动态修正方法消除误差；
[0037] 脉宽动态修正方法依据可编程逻辑器件外部设置一个固定值SET来调整系数，当 直流电压信号的值偏高时，降低T值来降低电压，设对T的调整量为t，则：
[0038]V〇=f·T·VH=f* (T-t) ·VH+[l-f* (T-t)] ·VL......②
[0039] 进而得到：
[0040]
?)
[0041] 在\一定的情况下，则
一个固定值，其中为低电平宽 度，即需要调整的脉宽长度与低电平宽度是成正比的，那么只要在信号的每个周期获取低 电平的宽度，然后等比的得到一个调整系数t，即能够调整高电平的宽度T，根据公式②得 到输出直流电压信号的值，使得输出电压与频率成正比，实现了图4中的修正方案。
[0042] 调试过程中，根据需要采集频段各测试点的电压偏差，合理的调整系数（SET值， 由可编程逻辑器件的10 口识别），达到误差修正的目的。
【主权项】
1. 一种频率转电压电路，包括顺次连接的频率信号整形电路（1)、可编程逻辑器件 (2)、脉宽调制驱动电路（3)、低通滤波器（4)和输出驱动电路（5); 频率信号输入频率信号整形电路（1)，可编程逻辑器件（2)接收整形后的频率信号，输 出的脉宽调制信号经过脉宽调制驱动电路（3)进行驱动，并经过低通滤波器（4)滤波后，变 为直流电压信号，由输出驱动电路（5)输出。2. -种频率转电压方法，其使用如权利要求1所述的频率转电压电路进行频率与电压 的转换，所述方法包括以下步骤： 1) 可编程逻辑器件在每个频率信号的上升沿时通过可编程逻辑器件的脉宽调制接口 输出高电平； 2) 在固定时长T后，可编程逻辑器件的脉宽调制接口输出低电平，直到下一个频率信 号的上升沿又输出高电平； 3) 根据输出高电平和低电平计算输出电压信号的直流电压输出，计算方法为：设频率 信号的频率为f，输出高电平为VH，输出低电平为\，则输出直流电压信号的值为：当\为〇V，VH、T为固定值时，输出直流电压信号的值与频率成正比； 由于实际情况下，VH的精度能够保证，而V 单电源供电情况下，则很难为0V，根据公 式①可知，频率越低，则\的不准确引入的误差越大； 假设\为一个确定的值，采用动态调整T的方法消除误差，当直流电压信号的值偏高 时，降低T值来降低电压，设对T的调整量为t，则：在\一定的情况下，则为一个固定值，其中'为低电平宽度，BP 需要调整的脉宽长度与低电平宽度是成正比的，那么只要在信号的每个周期获取低电平的 宽度，然后等比的得到一个调整系数t，即能够调整高电平的宽度T，根据公式②得到输出 直流电压信号的值，使得输出电压与频率成正比。
【专利摘要】本发明属于航空电子技术领域，具体涉及一种频率转电压电路与方法。本发明频率转电压电路包括顺次连接的频率信号整形电路(1)、可编程逻辑器件(2)、脉宽调制驱动电路(3)、低通滤波器(4)和输出驱动电路(5)。频率信号输入频率信号整形电路(1)，可编程逻辑器件(2)接收整形后的频率信号，输出的脉宽调制信号经过脉宽调制驱动电路(3)进行驱动，并经过低通滤波器(4)滤波后，变为直流电压信号，由输出驱动电路(5)输出。使用本发明所述的频率转电压电路与方法，简化了硬件，省略了软件的开发过程，使得产品的研发周期缩短，降低了成本。
【IPC分类】H03M1/66
【公开号】CN105281774
【申请号】CN201510654241
【发明人】田军, 孙立威
【申请人】陕西千山航空电子有限责任公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月10日