一種電流頻率轉(zhuǎn)換電路的標(biāo)度因數(shù)溫度補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于模擬數(shù)字混合電路技術(shù)，具體涉及一種電流/頻率轉(zhuǎn)換電路溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，特別是一種能夠補(bǔ)償電流/頻率轉(zhuǎn)換電路標(biāo)度因數(shù)溫度特性的數(shù)字式溫度補(bǔ)償方法。
技術(shù)背景
[0002]電流/頻率轉(zhuǎn)換電路(屬于AD轉(zhuǎn)換電路)是慣導(dǎo)系統(tǒng)的重要部件之一，在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中與加速度計一起使用，將加速度計的輸出電流轉(zhuǎn)換成與其成正比的數(shù)字脈沖信號，以適應(yīng)導(dǎo)航計算機(jī)計數(shù)器接口的計數(shù)需要。由于電子元器件的工作性能隨溫度發(fā)生變化，溫度因素是影響轉(zhuǎn)換電路工作性能的重要因素，溫度漂移是衡量轉(zhuǎn)換電路性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。轉(zhuǎn)換電路的輸出頻率與輸入電壓的比例系數(shù)稱為標(biāo)度因數(shù)。在電路工作溫度范圍內(nèi)標(biāo)度因數(shù)的最大相對變化量稱為轉(zhuǎn)換標(biāo)度因數(shù)的溫度漂移(簡稱溫漂)。轉(zhuǎn)換電路必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償以降低溫度因素的影響。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)通常單純依靠提高關(guān)鍵元器件的精度等級無法實(shí)現(xiàn)效能與成本的平衡問題，硬件式補(bǔ)償方法無法應(yīng)對非線性溫度補(bǔ)償曲線問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的
[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠補(bǔ)償電流/頻率轉(zhuǎn)換電路標(biāo)度因數(shù)溫度特性的數(shù)字式溫度補(bǔ)償方法。
[0006]技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明是一種電流頻率轉(zhuǎn)換電路的標(biāo)度因數(shù)溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0008]步驟1、預(yù)先存儲指定溫度點(diǎn)的補(bǔ)償值，包括如下步驟:
[0009]步驟1.1、獲取待補(bǔ)償電路常溫時的標(biāo)度因數(shù)平均值，作為基準(zhǔn)點(diǎn)；
[0010]步驟1.2、獲取待補(bǔ)償電路常溫以外的多個溫度點(diǎn)的標(biāo)度因數(shù)平均值，并計算與基準(zhǔn)點(diǎn)的偏差；
[0011]步驟1.3、得到步驟2中每個溫度點(diǎn)所對應(yīng)的補(bǔ)償值，進(jìn)行存儲；
[0012]步驟2、使用預(yù)先存儲的補(bǔ)償值對于待補(bǔ)償電路進(jìn)行補(bǔ)償，包括如下步驟:
[0013]步驟2.1、溫度傳感器實(shí)時測量環(huán)境溫度并傳給中央處理電路；
[0014]步驟2.2、中央處理電路根據(jù)溫度值，在預(yù)先存儲的補(bǔ)償值中，進(jìn)行查表或插值計算，確定在此環(huán)境溫度下所需的補(bǔ)償值；
[0015]步驟2.3、通過D/A轉(zhuǎn)換器對轉(zhuǎn)換電路輸出頻率進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0016]如上所述的一種電流頻率轉(zhuǎn)換電路的標(biāo)度因數(shù)溫度補(bǔ)償方法，其中，在步驟2中，使用查表法計算，其中，查表法根據(jù)溫度標(biāo)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得二次校正曲線，然后把曲線上各個校正點(diǎn)的數(shù)據(jù)以表格形式存入存儲單元中。
[0017]如上所述的一種電流頻率轉(zhuǎn)換電路的標(biāo)度因數(shù)溫度補(bǔ)償方法，其中，所述D/A轉(zhuǎn)換器采用單片封裝12通道8位DAC芯片AD8802，輸出模擬電壓的公式為:
[0018]Vout = D*5V/256....................................(I)
[0019]其中，D表示溫度補(bǔ)償值的數(shù)字量，Vout表示輸出的補(bǔ)償用模擬電壓量。
[0020]有益效果
[0021]使用發(fā)明的效果是:電流/頻率轉(zhuǎn)換電路標(biāo)度因數(shù)的數(shù)字式溫度補(bǔ)償方法，處理器電路用FPGA實(shí)現(xiàn)，設(shè)計靈活方便，可在軟件中對測量信號進(jìn)行誤差補(bǔ)償，能夠補(bǔ)償具有非線性特性溫度曲線的標(biāo)度因數(shù)，為電路的高精度、小型化、低成本提供了保證。同時，本發(fā)明中使用的電路資源可以通用，在不需要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臅r候可以作為其他處理電路使用。
【附圖說明】
[0022]圖1是數(shù)字式溫度補(bǔ)償流程圖；
[0023]圖2是中央處理電路組成框圖；
[0024]圖3是溫度傳感器測溫程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下，結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0026]如圖1-3所示，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:根據(jù)溫度傳感器測試得到的環(huán)境溫度值，輸出相應(yīng)的數(shù)字信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后調(diào)整反饋基準(zhǔn)電流，實(shí)時改變轉(zhuǎn)換電路輸出頻率，減小溫度變化對輸出頻率產(chǎn)生的影響。溫度補(bǔ)償電路主要包括測溫電路、中央處理電路和D/A轉(zhuǎn)換電路三個單元。
[0027]測溫電路單元的功能是采集電路板溫度信息，提供給中央處理電路。中央處理電路單元中的溫度采集模塊獲取溫度信息后，提供給查表模塊進(jìn)行判溫處理、補(bǔ)償數(shù)據(jù)的查表運(yùn)算，然后控制D/A控制模塊輸出相應(yīng)的補(bǔ)償數(shù)字量到補(bǔ)償電路單元。補(bǔ)償電路單元的作用是根據(jù)輸出補(bǔ)償數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出電壓，對反饋基準(zhǔn)電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
[0028]數(shù)字式溫度補(bǔ)償?shù)拇胧┦?，首先在全溫范圍?nèi)對轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行標(biāo)定，在一定間隔的溫度點(diǎn)上分別測試并計算得到每一轉(zhuǎn)換通道的標(biāo)度因數(shù)平均值(或者等效值)。
[0029]一般以常溫時的標(biāo)度因數(shù)平均值(或者等效值)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，計算出其它溫度點(diǎn)的標(biāo)度因數(shù)平均值與基準(zhǔn)點(diǎn)的偏差，以此作為補(bǔ)償依據(jù)，得到每個溫度點(diǎn)所需的補(bǔ)償值，預(yù)先寫入中央處理電路。
[0030]這樣，溫度傳感器實(shí)時測量環(huán)境溫度并傳給中央處理電路，中央處理電路根據(jù)溫度值進(jìn)行查表或插值計算，確定在此環(huán)境溫度下所需的補(bǔ)償值，最后通過D/A轉(zhuǎn)換器對反饋基準(zhǔn)電壓進(jìn)行補(bǔ)償，也即對轉(zhuǎn)換電路輸出頻率進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0031]中央處理電路設(shè)計的硬件采用FPGA作為核心控制芯片，融合了 ARM處理器的內(nèi)核(硬核)、FPGA內(nèi)核以及模擬的部件，具有低成本、低功耗、高安全性和可靠性的特點(diǎn)。其中，ARM處理器的內(nèi)核提供給系統(tǒng)總體使用，而FPGA邏輯資源用于實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償方案，不依賴ARM處理器工作。
[0032]溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)的獲取方法通常有查表法和插值法，出于對FPGA邏輯資源消耗的考慮，對標(biāo)度因數(shù)的溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)采用了查表法。查表法一般適用于參數(shù)計算復(fù)雜、采用計算法編程較煩瑣等情況。查表法根據(jù)溫度標(biāo)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得二次校正曲線，然后把曲線上各個校正點(diǎn)的數(shù)據(jù)以表格形式存入存儲單元中。在實(shí)時測量中，通過查表來補(bǔ)償測量結(jié)果。DA控制模塊實(shí)現(xiàn)多通道多位數(shù)模轉(zhuǎn)換功能，采用三線SPI方式進(jìn)行溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)的控制與傳輸。
[0033]補(bǔ)償電路的設(shè)計方法是:D/A轉(zhuǎn)換電路采用單片封裝12通道8位DAC芯片AD8802。它具有獨(dú)立的可編程輸出端口，具備三線SPI串口輸入端，可預(yù)設(shè)半量程。輸出模擬電壓的公式可以簡化為:
[0034]Vout = D*5V/256....................................(I)
[0035]其中，D表示溫度補(bǔ)償?shù)臄?shù)字量(范圍在O?255)，Vout表示輸出模擬電壓量(范圍在OV?5V)。
[0036]D/A輸出電壓通過10k Ω電阻連接到橋式電流反饋開關(guān)電路單元中，與通過Ik Ω電阻接到反饋基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路共同作用，進(jìn)而對反饋基準(zhǔn)電流產(chǎn)生影響。由此參數(shù)設(shè)置可知，當(dāng)D/A輸出電壓由OV變?yōu)?5V時，反饋基準(zhǔn)電流變化量為50 μ Α,反饋基準(zhǔn)電流相對變化量ΛΙ = 50μΑ/10πιΑ = 5%。。因此，在_40°C?70°C的全溫度范圍內(nèi)，數(shù)字式溫度補(bǔ)償對轉(zhuǎn)換電路輸出頻率的補(bǔ)償能力為45ppm/°C。在常溫下測量數(shù)模轉(zhuǎn)換器件AD8802的輸出電壓值，從而判斷溫補(bǔ)電路是否正常工作，然后在全溫范圍內(nèi)驗(yàn)證溫補(bǔ)的測試數(shù)據(jù)。
[0037]雖然通過上述實(shí)施例對本發(fā)明所述的一種電流頻率轉(zhuǎn)換電路的標(biāo)度因數(shù)溫度補(bǔ)償方法進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是上述說明并不是對本發(fā)明的限定，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變形和變更，例如，最優(yōu)化的方法可以在現(xiàn)有技術(shù)的各種方法中選擇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電流頻率轉(zhuǎn)換電路的標(biāo)度因數(shù)溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、預(yù)先存儲指定溫度點(diǎn)的補(bǔ)償值，包括如下步驟: 步驟1.1、獲取待補(bǔ)償電路常溫時的標(biāo)度因數(shù)平均值，作為基準(zhǔn)點(diǎn)； 步驟1.2、獲取待補(bǔ)償電路常溫以外的多個溫度點(diǎn)的標(biāo)度因數(shù)平均值，并計算與基準(zhǔn)點(diǎn)的偏差； 步驟1.3、得到步驟2中每個溫度點(diǎn)所對應(yīng)的補(bǔ)償值，進(jìn)行存儲； 步驟2、使用預(yù)先存儲的補(bǔ)償值對于待補(bǔ)償電路進(jìn)行補(bǔ)償，包括如下步驟: 步驟2.1、溫度傳感器實(shí)時測量環(huán)境溫度并傳給中央處理電路； 步驟2.2、中央處理電路根據(jù)溫度值，在預(yù)先存儲的補(bǔ)償值中，進(jìn)行查表或插值計算，確定在此環(huán)境溫度下所需的補(bǔ)償值； 步驟2.3、通過D/A轉(zhuǎn)換器對轉(zhuǎn)換電路輸出頻率進(jìn)行溫度補(bǔ)償。2.如權(quán)利要求1所述的一種電流頻率轉(zhuǎn)換電路的標(biāo)度因數(shù)溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，在步驟2中，使用查表法計算，其中，查表法根據(jù)溫度標(biāo)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得二次校正曲線，然后把曲線上各個校正點(diǎn)的數(shù)據(jù)以表格形式存入存儲單元中。3.如權(quán)利要求2所述的一種電流頻率轉(zhuǎn)換電路的標(biāo)度因數(shù)溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，所述D/A轉(zhuǎn)換器采用單片封裝12通道8位DAC芯片AD8802，輸出模擬電壓的公式為: Vout = D*5V/256....................................(I) 其中，D表示溫度補(bǔ)償值的數(shù)字量，Vout表示輸出的補(bǔ)償用模擬電壓量。
【專利摘要】本發(fā)明屬于模擬數(shù)字混合電路技術(shù)，具體涉及一種電流頻率轉(zhuǎn)換電路的標(biāo)度因數(shù)溫度補(bǔ)償方法。包括如下步驟：步驟1、預(yù)先存儲指定溫度點(diǎn)的補(bǔ)償值，包括：步驟1.1、獲取待補(bǔ)償電路常溫時的標(biāo)度因數(shù)平均值，作為基準(zhǔn)點(diǎn)；步驟1.2、獲取待補(bǔ)償電路常溫以外的多個溫度點(diǎn)的標(biāo)度因數(shù)平均值，并計算與基準(zhǔn)點(diǎn)的偏差；步驟1.3、進(jìn)行存儲；步驟2、使用預(yù)先存儲的補(bǔ)償值對于待補(bǔ)償電路進(jìn)行補(bǔ)償，包括：步驟2.1、溫度傳感器實(shí)時測量環(huán)境溫度；步驟2.2、進(jìn)行查表或插值計算，確定補(bǔ)償值；步驟2.3、進(jìn)行溫度補(bǔ)償。上述處理器電路用FPGA實(shí)現(xiàn)，設(shè)計靈活方便，可在軟件中對測量信號進(jìn)行誤差補(bǔ)償，能夠補(bǔ)償具有非線性特性溫度曲線的標(biāo)度因數(shù)，為電路的高精度、小型化、低成本提供了保證。
【IPC分類】H03M1/10
【公開號】CN105306056
【申請?zhí)枴緾N201410364163
【發(fā)明人】董建樹, 王蒙, 羅延明, 龐葳, 李勁濤, 趙晨昊
【申請人】北京自動化控制設(shè)備研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2014年7月28日