CN102508509B - 一种电流/频率转换电路的数字修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流/频率转换电路的数字修正方法，包括测量并获得电流/频率转换电路的正负标度因数和工作环境温度的步骤；确定正负标度因数和工作环境温度的二阶关系的步骤；根据正负标度因数和工作环境温度的二阶关系确定转换电路正向通道和负向通道关于工作环境温度的二次修正关系的步骤；以及利用修正关系对转换电路的输出进行修正的步骤。采用本发明解决了电流/频率转换电路硬件模拟修正存在的调试复杂、电路板尺寸过大、修正精度不高的问题。

Description

一种电流/频率转换电路的数字修正方法

技术领域

本发明涉及一种电流/频率转换电路的数字修正方法，可以用于改善电流/频率转换电路标度因数温度漂移特性和不对称性的数字修正方法。

背景技术

电流/频率转换电路完成电流量到脉冲频率量的转换，输出脉冲频率的大小与输入电流的大小呈正比，从而实现对电流量模拟信息的数字化。每毫安输入电流对应的输出脉冲频率称为电流/频率转换电路的标度因数。由于转换电路的元器件参数具有一定的温度漂移特性，并且正、负通道独立且具有不对称性，因此，有必要对电流/频率转换电路的标度因数温度漂移和不对称性进行修正。

以往的用于电流/频率转换电路的标度因数温度漂移修正方法，是通过具有温度敏感特性的三端可调电流源对反馈恒流源电流输出实现定量模拟硬件修正；用于电流/频率转换电路的标度因数不对称性修正方法，是通过对正、负反馈恒流源的取样电阻进行调节，改变反馈恒流的大小，从而修正标度因数的正负不对称性。用于控制三端可调电流源输出电流和反馈恒流大小的电阻阻值需要经过计算得出，计算方法和调试工艺复杂，修正精度难以保证，且修正电路和器件占用印制电路板约1/5的面积，不利于转换电路的小型化。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种电流/频率转换电路的数字修正方法。本发明对电流/频率转换电路进行修正，解决了电流/频率转换电路硬件模拟修正存在的调试复杂、电路板尺寸过大、修正精度不高的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种电流/频率转换电路的数字修正方法，包括以下步骤：

(1)将电流/频率转换电路放入温度试验箱中工作，测量并获得电流/频率转换电路的正负标度因数和工作环境温度；

(2)根据正负标度因数和工作环境温度的二阶关系，确定正负标度因数关于工作环境温度二阶表达式中的一次项、二次项以及偏置系数；

(3)利用得到的一次项、二次项以及偏置系数对确定电流/频率转换电路正向通道和负向通道关于工作环境温度的二次修正关系；

(4)利用确定的二次修正关系对电流/频率转换电路的输出进行实时修正。

在所述步骤(1)中根据电流/频率转换电路的实际工作温度环境，对温度试验箱进行调节；并对多个实际工作温度环境下的正负标度因数和工作环境温度进行测量。选取至少3个实际工作温度环境下的正负标度因数和工作环境温度进行测量。

在所述步骤(2)中，正负标度因数K₊、K_-关于工作环境温度T二阶表达式如下所示：

K₊＝A₊+B₁₊×T+B₂₊×T²

K_-＝A_-+B_1-×T+B_2-×T²

其中，A₊、B₁₊、B₂₊，A_-、B_1-、B_2-，分别为偏置、一次项系数、二次项系数。

在所述步骤(3)中，电流/频率转换电路正向通道和负向通道关于工作环境温度的二次修正关系如下式所示：

$N_{+}=N_{0+}\×(1-\frac{T}{A_{+}}\×(B_{1+}+B_{2+}\×T))$

$N_{-}=K_0\×N_{0-}\×(1-\frac{T}{A_{-}}\×(B_{1-}+B_{2-}\×T))$

其中，K₀＝K₊/K_-；

N₀₊和N_0-分别为电流/频率转换电路在单个采样周期内正向通道和负向通道的脉冲计数值；

N₊、N_-分别为在单个采样周期内修正后的正向通道和负向通道的脉冲计数值；

A₊、B₁₊、B₂₊，A_-、B_1-、B_2-，分别正负标度因数关于工作环境温度二阶表达式中的偏置、一次项系数、二次项系数。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明所述的用于电流/频率转换电路的标度因数的数字修正方法，在具体应用时可以利用一片可烧写程序的板级FPGA(现场可编程门阵列)和一片单总线温度传感器，利用确定的修正关系直接对电流/频率转换电路的输出进行数字修正来达到标度因数修正目的，实现简单，实时性高。

(2)本发明所述的用于电流/频率转换电路的标度因数的数字修正方法，利用获得的修正关系进行修正，从而可摒弃了大量的温度敏感电流源、精密电阻器等调试器件，显著减小了电路板的面积和质量，有利于转换电路的小型化、轻质化。

(3)本发明所述的用于电流/频率转换电路的标度因数的数字修正方法，可实现对标度因数的非线性修正，较之现有的硬件模拟线性修正技术，修正精度更高。

(4)本发明所述的用于电流/频率转换电路的标度因数的数字修正方法，修正参数的计算更加简单，修正步骤更加简练，显著提高了产品调试效率，有利于产品生产批量化。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面就结合图1所示的流程图，对本具体实施方式做进一步介绍。

在电流/频率转换电路中的输出为TTL电平的脉冲，低电平有效，脉冲宽度约为4μs。以5ms的采样周期对脉冲进行计数。假定电流/频率转换电路输入电流为1mA，对200个采样周期的计数值进行累加，累加结果即为1s的脉冲数，也就是正标度因数K₊；若输入电流为-1mA，则为负标度因数K_-。

将转换电路放入温度试验箱，以本实施例中所述转换电路的实际工作温度环境(-40℃到60℃)，令转换电路分别在-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃的11个设定环境温度下工作，分别测得在上述环境中电流/频率转换电路的正、负标度因数值K₊、K_-和电流/频率转换电路的实际工作环境温度T。

以温度T为自变量，以标度因数K₊、K_-为因变量，通过最小二乘法拟合分别得到K₊、K_-与T的二阶多项式关系：

K₊＝A₊+B₁₊×T+B₂₊×T²                (1)

K_-＝A_-+B_1-×T+B_2-×T²                (2)

式中，A₊、B₁₊、B₂₊，A_-、B_1-、B_2-，分别为偏置、一次项系数、二次项系数。同时得到K₊与K_-的比例系数

K₀＝K₊/K_-                            (3)

式(1)和式(2)即正、负标度因数的温度模型，式(3)为正、负标度因数不对称性的模型。根据以上模型，通过式(4)、式(5)可以完成数字修正。

$N_{+}=N_{0+}\×(1-\frac{T}{A_{+}}\×(B_{1+}+B_{2+}\×T))---\left(4\right)$

$N_{-}=K_0\×N_{0-}\×(1-\frac{T}{A_{-}}\×(B_{1-}+B_{2-}\×T))---\left(5\right)$

式中，N₀₊、N_0-分别为在单个采样周期内修正前的正向通道和负向通道的脉冲计数值，N₊、N_-分别为在单个采样周期内修正后的正向通道和负向通道的脉冲计数值。

将通过式(4)和式(5)确定的二次修正关系编制成程序代码，通过程序烧写的方式固化在FPGA内部，形成固定的硬件逻辑，实时完成修正工作。

在FPGA内，首先对N₀₊和N₀₊进行锁存，通过温度传感器获取电流/频率转换电路的实际工作环境温度T，然后按照既定二次修正关系对N₀₊和N_0-进行数学运算，将修正后的计数值N₊、N_-传出送给后续处理电路开展相关应用，完成数字修正。

Claims (4)

1.一种电流/频率转换电路的数字修正方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将电流/频率转换电路放入温度试验箱中工作，测量并获得电流/频率转换电路的正负标度因数和工作环境温度；

(2)根据正负标度因数和工作环境温度的二阶关系，确定正负标度因数关于工作环境温度二阶表达式中的一次项、二次项以及偏置系数；

(3)利用得到的一次项、二次项以及偏置系数确定电流/频率转换电路正向通道和负向通道关于工作环境温度的二次修正关系；

电流/频率转换电路正向通道和负向通道关于工作环境温度的二次修正关系如下式所示：

$N_{+}=N_{0+}\×(1-\frac{T}{A_{+}}\×(B_{1+}+B_{2+}\×T))$

$N_{-}=K_0\×N_{0-}\×(1-\frac{T}{A_{-}}\×(B_{1-}+B_{2-}\×T))$

其中，K₀=K₊/K_-；

K₊、K_-分别为正负标度因数；

N₀₊和N_0-分别为电流/频率转换电路在单个采样周期内正向通道和负向通道的脉冲计数值；

N₊、N_-分别为在单个采样周期内修正后的正向通道和负向通道的脉冲计数值；

A₊、B₁₊、B₂₊，A_-、B_1-、B_2-，分别为正负标度因数关于工作环境温度二阶表达式中的偏置、一次项系数、二次项系数；

(4)利用确定的二次修正关系对电流/频率转换电路的输出进行实时修正。

2.根据权利要求1所述的一种电流/频率转换电路的数字修正方法，其特征在于：在所述步骤(1)中根据电流/频率转换电路的实际工作温度环境，对温度试验箱进行调节；并对多个实际工作温度环境下的正负标度因数和工作环境温度进行测量。

3.根据权利要求1所述的一种电流/频率转换电路的数字修正方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，正负标度因数K₊、K_-关于工作环境温度T二阶表达式如下所示：

K₊=A₊+B₁₊×T+B₂₊×T²

K_-=A_-+B_1-×T+B_2-×T²

其中，A₊、B₁₊、B₂₊，A_-、B_1-、B₂-，分别为正负标度因数关于工作环境温度二阶表达式中的偏置、一次项系数、二次项系数。

4.根据权利要求2所述的一种电流/频率转换电路的数字修正方法，其特征在于：选取至少3个实际工作温度环境下的正负标度因数和工作环境温度进行测量。