(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112104373 A(43)申请公布日 2020.12.18
(21)申请号 202010996724.1(22)申请日 2020.09.21
(71)申请人 湖北航天技术研究院总体设计所
地址 430040 湖北省武汉市东西湖区金山
大道9号(72)发明人 张阳艳 李星善 丰彪 胡华峰
施丽娟 戴世龙 (74)专利代理机构 武汉智权专利代理事务所
(特殊普通合伙) 42225
代理人 孟欢(51)Int.Cl.
H03M 1/52(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图3页
CN 112104373 A(54)发明名称
一种电流频率转换电路及方法(57)摘要
本申请公开了一种电流频率转换电路及方法，涉及电流频率转换技术领域，该电路包括：积分电路、两个正负恒流源以及控制电路。积分电路用于将输入电流转化为电压并输出；第一恒流源的绝对值大于第二恒流源的绝对值；控制电路被配置为：控制电路周期性获取积分电路输出的电压，持续计算后一个电压相对于前一个电压的电压变化率，并将该电压变化率以数字量输出；且当后一个电压的电压绝对值不小于预设的电压绝对值时：若该电压变化率绝对值不小于预设的电压变化率，控制电路根据该电压变化率的正负号，使第一恒流源对积分电路充电或放电；反之，则使第二恒流源对积分电路充电或放电。本申请能提高电流频率转换电路的分辨率、转换精度以及量程。
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权 利 要 求 书
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1.一种电流频率转换电路，其特征在于，包括：积分电路，其用于将输入电流转化为电压并输出；两个正负恒流源：第一恒流源和第二恒流源，所述第一恒流源的绝对值大于第二恒流源的绝对值；
控制电路，其被配置为：
所述控制电路用于以第一时间周期为间隔，周期性获取所述积分电路输出的电压，持续计算后一个电压相对于前一个电压的电压变化率，并将该电压变化率以数字量输出；
且当后一个电压的电压绝对值不小于预设的电压绝对值时：若该电压变化率绝对值不小于预设的电压变化率，所述控制电路根据该电压变化率的正负号，使所述第一恒流源对所述积分电路充电或放电；反之，则使所述第二恒流源对所述积分电路充电或放电。
2.如权利要求1所述的一种电流频率转换电路，其特征在于，还包括：模数转换电路，其用于获取积分电路转化的电压，并将该电压由模拟量转化为数字量输出至所述控制电路。
3.如权利要求1所述的一种电流频率转换电路，其特征在于，还包括：开关电路，其用于根据所述控制电路的控制信号将所述第一恒流源或第二恒流源与所述积分电路导通，以使所述第一恒流源或第二恒流源对所述积分电路充电或放电。
4.如权利要求1所述的一种电流频率转换电路，其特征在于，还包括：晶振电路，其用于生成时钟信号并将该时钟信号输出至所述控制电路。5.如权利要求1所述的一种电流频率转换电路，其特征在于：
所述第一恒流源或第二恒流源以预设的第二时间周期对所述积分电路充电或放电，且所述预设的第二时间周期小于预设的第一时间周期。
6.一种基于权利要求1所述的电流频率转换电路的电流频率转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
积分电路将输入电流转化为电压；控制电路以第一时间周期为间隔，周期性获取积分电路转化的电压，持续计算后一个电压相对于前一个电压的电压变化率，并将该电压变化率以数字量输出；
且当后一个电压的电压绝对值不小于预设的电压绝对值时：若该电压变化率绝对值不小于预设的电压变化率，控制电路根据该电压变化率的正负号，使第一恒流源对积分电路充电或放电；反之，则使第二恒流源对积分电路充电或放电。
7.如权利要求6所述的一种电流频率转换方法，其特征在于：模数转换电路获取积分电路转化的电压，并将该电压由模拟量转化为数字量输出至控制电路。
8.如权利要求6所述的一种电流频率转换方法，其特征在于：
开关电路根据控制电路的控制信号将第一恒流源或第二恒流源与积分电路导通，使所述第一恒流源或第二恒流源对积分电路充电或放电。
9.如权利要求6所述的一种电流频率转换方法，其特征在于：采用晶振电路生成时钟信号，并将该时钟信号输出至控制电路。10.如权利要求6所述的一种电流频率转换方法，其特征在于：
第一恒流源或第二恒流源以预设的第二时间周期对积分电路充电或放电，且预设的第
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二时间周期小于预设的第一时间周期。
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说 明 书
一种电流频率转换电路及方法
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技术领域
[0001]本申请涉及电流频率转换技术领域，特别涉及一种电流频率转换电路及方法。背景技术
[0002]目前，电流频率转换电路是惯性导航系统的重要组成部分，一般用于将惯性导航系统中加速度计、陀螺仪等传感器输入的模拟电流信号转换为频率脉冲信号输出，从而得到目标传感器的信息，应用非常广泛。[0003]现有技术中，外部模拟电流输入时，电流频率转换电路中的积分电路先积分，积分阶段不输出脉冲，当积分电压超过比较器的门槛电压时，再通过触发器控制逻辑开关通断，使恒流源向积分电路放电，积分电路进入反馈阶段，同时产生一个数字量脉冲。[0004]但是，现有传统的电流频率转换电路，存在以下问题：在外部模拟电流较小时，积分阶段需要很长时间，导致很长时间才会产生一个数字量脉冲，即电流频率转换电路的分辨率较低；当外部模拟电流较大时，恒流源向积分电路充放电速度较慢，积分电路长时间处在反馈阶段，或者在反馈阶段和积分阶段频繁切换，即转换电路转换精度较差，电流频率转换电路的量程不足。
发明内容
[0005]本申请实施例提供一种电流频率转换电路及方法，以解决相关技术中的电流频率转换电路，分辨率较低、转换精度较差以及量程不足的技术问题。[0006]第一方面，提供了一种电流频率转换电路，包括：[0007]积分电路，其用于将输入电流转化为电压并输出；[0008]两个正负恒流源：第一恒流源和第二恒流源，所述第一恒流源的绝对值大于第二恒流源的绝对值；[0009]控制电路，其被配置为：
[0010]所述控制电路用于以第一时间周期为间隔，周期性获取所述积分电路输出的电压，持续计算后一个电压相对于前一个电压的电压变化率，并将该电压变化率以数字量输出；
[0011]且当后一个电压的电压绝对值不小于预设的电压绝对值时：若该电压变化率绝对值不小于预设的电压变化率，所述控制电路根据该电压变化率的正负号，使所述第一恒流源对所述积分电路充电或放电；反之，则使所述第二恒流源对所述积分电路充电或放电。[0012]一些实施例中，所述电流频率转换电路还包括：[0013]模数转换电路，其用于获取积分电路转化的电压，并将该电压由模拟量转化为数字量输出至所述控制电路。[0014]一些实施例中，所述电流频率转换电路还包括：[0015]开关电路，其用于根据所述控制电路的控制信号将所述第一恒流源或第二恒流源与所述积分电路导通，以使所述第一恒流源或第二恒流源对所述积分电路充电或放电。
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一些实施例中，所述电流频率转换电路还包括：
[0017]晶振电路，其用于生成时钟信号并将该时钟信号输出至所述控制电路。[0018]一些实施例中，所述第一恒流源或第二恒流源以预设的第二时间周期对所述积分电路充电或放电，且所述预设的第二时间周期小于预设的第一时间周期。[0019]第二方面，提供了一种基于上述的电流频率转换电路的电流频率转换方法，包括以下步骤：
[0020]积分电路将输入电流转化为电压；[0021]控制电路以第一时间周期为间隔，周期性获取积分电路转化的电压，持续计算后一个电压相对于前一个电压的电压变化率，并将该电压变化率以数字量输出；[0022]且当后一个电压的电压绝对值不小于预设的电压绝对值时：若该电压变化率绝对值不小于预设的电压变化率，控制电路根据该电压变化率的正负号，使第一恒流源对积分电路充电或放电；反之，则使第二恒流源对积分电路充电或放电。[0023]一些实施例中，模数转换电路获取积分电路转化的电压，并将该电压由模拟量转化为数字量输出至控制电路。[0024]一些实施例中，开关电路根据控制电路的控制信号将第一恒流源或第二恒流源与积分电路导通，使所述第一恒流源或第二恒流源对积分电路充电或放电。[0025]一些实施例中，采用晶振电路生成时钟信号，并将该时钟信号输出至控制电路。[0026]一些实施例中，第一恒流源或第二恒流源以预设的第二时间周期对积分电路充电或放电，且预设的第二时间周期小于预设的第一时间周期。[0027]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0028]本申请实施例提供了一种电流频率转换电路及方法，由于控制电路在积分阶段可以根据电压的变化量计算输出数字量，避免了现有技术中达到门槛电压才输出一个数字量脉冲，提高了电流频率转换电路的分辨率。同时，本申请在大电流输入时，使用绝对值较大的第一恒流源对积分电路进行快速充电或放电，避免积分电路在反馈阶段和积分阶段频繁切换，积分电路处在反馈阶段的时间短，转换电路的转换精度较高，提高了电路的量程范围。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本申请实施例提供的电流频率转换电路的原理图；
[0031]图2为本申请实施例提供的电流频率转换电路的积分电路输出的电压图；[0032]图3为现有电流频率转换电路的积分电路输出的电压图；
[0033]图4为本申请实施例提供的电流频率转换电路的正负恒流源的电路示意图；[0034]图5为本申请实施例提供的电流频率转换电路的积分电路的电路示意图。
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具体实施方式
[0035]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。[0036]本申请实施例提供了一种电流频率转换电路，其能解决现有电流频率转换电路，分辨率较低、转换精度较差以及量程不足的技术问题。[0037]参见图1所示，一种电流频率转换电路，包括：积分电路、两个正负恒流源以及控制电路。
[0038]积分电路用于将输入电流转化为电压并输出。两个正负恒流源：第一恒流源和第二恒流源，第一恒流源的绝对值大于第二恒流源的绝对值。[0039]控制电路，其被配置为：控制电路用于以第一时间周期为间隔，周期性获取积分电路输出的电压，持续计算后一个电压相对于前一个电压的电压变化率，并将该电压变化率以数字量输出；且当后一个电压的电压绝对值不小于预设的电压绝对值时：若该电压变化率不小于预设的电压变化率，控制电路使第一恒流源对积分电路充电或放电；反之，则使第二恒流源对积分电路充电或放电。
[0040]本申请实施例中的电流频率转换电路，其工作原理如下：[0041]输入电流进入积分电路，积分电路开始积分，将电流转换为积分电压，控制电路以第一时间周期ΔT为间隔，周期性的获取积分电压。参见图2所示，假设控制电路某一时刻获取积分电压为U1，且U1的绝对值小于预设的电压绝对值U0，下一时刻获取积分电压为U2，且U1的绝对值也小于预设的电压绝对值U0。则在该ΔT内，电压变化率K＝G*(ΔU)/ΔT＝G*(U2-U1)/ΔT(G为给定的比例放大系数)，显然K与输入电流成正比，K以数字量输出，即可以理解为电流值转换频率值输出。参见图2和图3所示，本申请在积分阶段可以根据电压的变化量计算输出的数字量，避免了现有电流频率转换电路中达到门槛电压(即本申请预设的电压绝对值U0)才输出一个数字量脉冲，提高了电流频率转换电路的分辨率。[0042]进一步，参见图2和图3所示，随着积分电压下降，当U2的电压绝对值不小于预设的电压绝对值U0时：若电压变化率K绝对值不小于预设的电压变化率K0，可以判定输入电流较大，假设电压变化率K为负值，可以判定输入电流为正，则控制电路使第一恒流源对积分电路放电；若电压变化率绝对值小于预设的电压变化率，可以判定输入电流较小，假设电压变化率为负值，可以判定输入电流为正，则控制电路使第二恒流源对积分电路放电。输入电流为负的情况类似，不再赘述。另外，对积分电路充电或放电后，积分电路进入反馈阶段。需要说明的是，根据电荷平衡原理，在反馈阶段，电压变化率K＝G*(U3-U2±M)/ΔT(U3为控制电路在U2的下一个周期获取的电压，M为恒流源反馈电流导致的电压变化量)。本申请在大电流输入时，使用绝对值较大的第一恒流源对积分电路进行充电或放电，充电或放电速度较快，与现有电流频率转换电路相比，避免积分电路在反馈阶段和积分阶段频繁切换，积分电路处在反馈阶段的时间短，转换电路转换精度较高，提高了电路的量程范围。[0043]作为可选的实施方式，本申请实施例中的电流频率转换电路，还包括模数转换电路，模数转换电路用于获取积分电路转化的电压，并将该电压由模拟量转化为数字量输出至控制电路。模数转换电路可选用高精度A/D芯片，模数转换电路将模拟电压转化为数字电
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压后，便于控制电路获取。
[0044]作为可选的实施方式，本申请实施例中的电流频率转换电路，还包括开关电路，开关电路用于根据控制电路的控制信号将第一恒流源或第二恒流源与积分电路导通，以使第一恒流源或第二恒流源对积分电路充电或放电。优选地，开关电路采用四通道的开关芯片，开关电路的公共端接积分电路输入端，开关电路的四个通道依次接第一恒流源的正通道、第一恒流源的负通道、第二恒流源的正通道、第二恒流源的负通道，开关电路的控制端接控制电路。
[0045]作为可选的实施方式，本申请实施例中的电流频率转换电路，还包括晶振电路，晶振电路用于生成时钟信号并将该时钟信号输出至控制电路，满足控制电路周期性获取积分电路输出电压的时间需求。
[0046]作为可选的实施方式，本申请实施例中的电流频率转换电路，第一恒流源或第二恒流源以预设的第二时间周期对积分电路充电或放电，且预设的第二时间周期小于预设的第一时间周期，确保每次积分电路反馈阶段的时间小于控制电路获取积分电路的电压的时间，提高转换电路的转换精度。正负恒流源的电路图参见图4所示，主要包括电阻R1～R5、三极管V1和运算放大器N1、N2，其中电阻R2、R3以及R5为可调电阻，可调节正负恒流源的大小。[0047]作为可选的实施方式，本申请实施例中的电流频率转换电路，为积分电路的电路图如图5所示，主要包括高精度运算放大器N3、电阻R6、积分电容C1和三极管V2、V3。运算放大器N3的反相输入端通过电阻R1与输入电流相连，运算放大器N3的输出端与三极管V2、V3连接，三极管V2、V3组成复合晶体管，大大提高总电流增益，实现电流的快速充电或放电。[0048]本申请实施例提供了一种电路的电流频率转换方法，包括以下步骤：[0049]积分电路将输入电流转化为电压。[0050]控制电路以第一时间周期为间隔，周期性获取积分电路转化的电压，持续计算后一个电压相对于前一个电压的电压变化率，并将该电压变化率以数字量输出。[0051]且当后一个电压的电压绝对值不小于预设的电压绝对值时：若该电压变化率绝对值不小于预设的电压变化率，控制电路根据该电压变化率的正负号，使第一恒流源对积分电路充电或放电；反之，则使第二恒流源对积分电路充电或放电。[0052]作为可选的实施方式，本申请实施例中的电流频率转换方法，模数转换电路获取积分电路转化的电压，并将该电压由模拟量转化为数字量输出至控制电路。[0053]作为可选的实施方式，本申请实施例中的电流频率转换方法，开关电路根据控制电路的控制信号将第一恒流源或第二恒流源与积分电路导通，使第一恒流源或第二恒流源对积分电路充电或放电。
[0054]作为可选的实施方式，本申请实施例中的电流频率转换方法，采用晶振电路生成时钟信号，并将该时钟信号输出至控制电路。[0055]作为可选的实施方式，本申请实施例中的电流频率转换方法，第一恒流源或第二恒流源以预设的第二时间周期对积分电路充电或放电，且预设的第二时间周期小于预设的第一时间周期。
[0056]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本
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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。[0057]需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0058]以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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