CN103135650B

CN103135650B - 电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法

Info

Publication number: CN103135650B
Application number: CN201310020613.7A
Authority: CN
Inventors: 黄丽娟; 邵志浩; 万志江; 吕江涛; 李星善; 陆俊清
Original assignee: General Designing Institute of Hubei Space Technology Academy
Current assignee: General Designing Institute of Hubei Space Technology Academy
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2033-01-21
Also published as: CN103135650A

Abstract

本发明公开了一种电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法，包括：测量并记录电流/频率变换电路输入不同电流值时D触发器输出脉冲数及细分脉冲数的步骤；确定变换电路线性度补偿系数，并通过数字方式对变换电路输出进行实时补偿的步骤；测量并获得电流/频率变换电路的对称性系数及零位系数的步骤；确定变换电路对称性补偿系数，并通过数字方式对变换电路输出进行实时补偿的步骤。通过本发明提供的数字补偿方法，有效的解决了目前生产调试过程中操作复杂、精度有效、对调试人员要求较高、无法满足批量生产需求的问题。

Description

电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法

技术领域

本发明涉及电流型器件的测量技术领域，具体地指一种电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法。

背景技术

对电流型器件的测量通常采用电流/频率变换电路，其输出脉冲频率与输入电流大小成正比。受变换电路元器件实际参数影响，开关电路单次充放电电量存在误差，导致变换电路存在非线性，并且因为正负通道独立且具有不对称性，因此，有必要对电流/频率变换电路的非线性及对称性进行补偿。

目前生产过程中，通过改变电流/频率变换电路中开关三极管基极饱和电流调整变换电路线性度，通过改变正负恒流源电流调整变换电路对称性，用于调试的精密电阻阻值需经粗略估算及反复试验调整，操作过程复杂，精度有限，且对调试人员要求较高，无法适应批量生产需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电流/频率变换电路线性度、对称性调试方法的局限性，提供一种简单有效的电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法。

为实现上述目的，本发明所设计的电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法，包括以下步骤：

（1）通过恒流源对电流/频率变换电路输入不同的电流值，测量并记录变换电路中D触发器输出的相应脉冲数、细分脉冲数及零电流时细分脉冲数；

（2）根据脉冲数、细分脉冲数及零电流时细分脉冲数，确定线性度补偿系数，线性度补偿系数公式如下：

k_{p} = \frac{I_{2} (n_{1} - m_{1}) - I_{1} (n_{2} - m_{2})}{I_{1} (m_{2} - n_{0}) - I_{2} (m_{1} - n_{0})}

其中，I_i为输入电流值，m_i为D触发器输出的脉冲数，n_i为细分脉冲数，n₀为零电流时细分脉冲数，i＝0、1、2，k_p为线性度补偿系数；

（3）根据线性度补偿系数，对变换电路输出的细分脉冲数进行线性度实时补偿；

（4）对经过线性度实时补偿后的电流/频率变换电路输入n对不同电流值+I’i、-I’i，测量并记录D触发器输出的相应脉冲数及细分后脉冲数，所述+I’i、-I’i为大小相同的正负电流，根据该相应脉冲数确定电流/频率变换电路的对称性系数及零位系数；

（5）根据对称性系数及零位系数，确定对称性补偿系数，对称性补偿系数公式如下：

k_{s} = \frac{(1 - k_{0}) (1 + k_{0} + k_{2})}{(1 + k_{0}) (1 - k_{0} - k_{2})}

其中，k₂为对称性系数，k₀零位系数，k_s为对称性补偿系数；

（6）根据对称性补偿系数，对变换电路输出的细分脉冲数进行对称性实时补偿。

上述技术方案的步骤（3）中，线性度补偿系数与线性度补偿后脉冲数关系的公式如下：

n_p＝n_i-m_i+m_i×k_p

其中，n_p为线性度补偿后脉冲数。

上述技术方案的步骤（4）中，根据D触发器输出的相应脉冲数及细分脉冲数确定电流/频率变换电路的对称性系数及零位系数的过程为，先根据相应脉冲数确定标度因数和零位系数，再根据标度因数和零位系数确定对称性系数，各公式如下：

k_{1} = \frac{Σ_{i = 1}^{n} (N_{+ i} + N_{- i})}{2 \times n \times T} - - - (a)

k_{0} = \frac{N_{0}}{T} - - - (b)

k_{2} = \frac{Σ_{i = 1}^{n} (N_{+ i} - N_{- i})}{2 \times n \times T {\times k}_{1}} - k_{0} - - - (c)

确定电流/频率变换电路的及；

其中，N_+i、N_-i、N₀分别为输入+I’_i、-I’_i及零电流时，变换电路输出的细分脉冲数，T为计数周期，k₁为标度因数，k₀为零位系数，k₂为对称性系数。

上述技术方案的步骤（6）中，对称性补偿系数与对称性补偿后脉冲数关系的公式如下：

n_s＝n_p×k_s

其中，n_s为对称性补后偿脉冲数。

上述技术方案中，所述电流值I_i、+I’_i和-I’_i的取值范围是根据电流/频率变换电路的量程选取。

本发明的有益效果：

（1）本发明的电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法，在不增加任何成本的基础上，可以实现对电流/频率变换电路线性度、对称性的数字补偿，与目前硬件调试补偿相比，操作简单，补偿精度高，提高了调试效率；

（2）本发明所述的电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法，在具体应用时可利用FPGA（现场可编程门阵列），实现脉冲数据采集及补偿计算；

（3）本发明所述的电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法，实时性高，完全满足动态性要求较高的场合。

通过本发明提供的电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法，有效的解决了目前生产调试过程中操作复杂、精度有效、对调试人员要求较高、无法满足批量生产需求的问题。

附图说明

图1为现有技术中电流/频率变换电路框图。

图2为本发明的电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

电流/频率变换电路D触发器输入频率为80kHz，输出为脉冲信号，高电平有效。在较大电流输入情况下，D触发器输出脉冲存在粘连现象，因此需要将D触发器输出脉冲与输入时钟进行逻辑与操作，逻辑与之后的脉冲即为细分脉冲数n_i。

通过恒流源对电流/频率变换电路输入不同电流值I_i（电流值的选取需根据电流/频率变换电路量程均匀或不均匀选取，包括零电流），测量并记录一定间隔时间内（例如30s）D触发器输出脉冲数m_i、细分脉冲数n_i（细分脉冲数为D触发器输出脉冲与D触发器输入时钟进行与操作后的脉冲数）及零电流时细分脉冲数n₀。

线性度补偿系数k_p与脉冲数m_i、细分脉冲数n_i及零电流时细分脉冲数n₀关系的表达式如下所示：

k_{p} = \frac{I_{2} (n_{1} - m_{1}) - I_{1} (n_{2} - m_{2})}{I_{1} (m_{2} - n_{0}) - I_{2} (m_{1} - n_{0})}

其中，I_i为输入电流值，m_i为D触发器输出脉冲数，n_i为细分脉冲数，n₀为零电流时细分脉冲数，i＝0、1、2，k_p为线性度补偿系数。

通过式（1）计算得到线性度补偿系数k_p，编写相应硬件描述语言代码并在FPGA中实现线性度实时补偿。在FPGA中，对设定间隔时间内（例如10ms，可设定为单位时间）D触发器脉冲数m_i及细分脉冲数n_i进行计数，线性度补偿后脉冲数n_p表达式如下所示：

n_p＝n_i-m_i+m_i×k_p

对线性度补偿后电流/频率变换电路输入n对不同电流值+I’_i、-I’_i，其中+I’_i、-I’_i为大小相同的正负电流，测量并记录D触发器输出的脉冲数及细分脉冲数，确定电流/频率变换电路的对称性系数及零位系数。

标度因数k₁、对称性系数k₂及零位系数k₀的表达式如下所示：

k_{1} = \frac{Σ_{i = 1}^{n} (N_{+ i} + N_{- i})}{2 \times n \times T} - - - (a)

k_{0} = \frac{N_{0}}{T} - - - (b)

k_{2} = \frac{Σ_{i = 1}^{n} (N_{+ i} - N_{- i})}{2 \times n \times T {\times k}_{1}} - k_{0} - - - (c)

其中，N_+i、N_-i、N₀为输入+I’_i、-I’_i及零电流时，变换电路输出的细分脉冲数，T为计数周期，n为所取的正负电流对的数量。

对称性补偿系数k_s与对称性系数k₂、零位系数k₀关系的表达式如下所示：

k_{s} = \frac{(1 - k_{0}) (1 + k_{0} + k_{2})}{(1 + k_{0}) (1 - k_{0} - k_{2})}

计算得到对称性补偿系数k_s，在FPGA中实现对变换电路输出脉冲数的对称性实时补偿，对称性补偿后脉冲数n_s表达式如下所示：

n_s＝n_p×k_s

实际使用过程中，将通过上述测试计算得到的线性度补偿系数k_p、对称性补偿系数k_s写入FPGA，电流/频率变换电路输出的脉冲数及细分脉冲数通过FPGA进行实时线性度、对称性补偿，将补偿后的脉冲数n_s发送给相关应用电路。

Claims

1.一种电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)通过恒流源对电流/频率变换电路输入不同的电流值，测量并记录变换电路中D触发器输出的相应的脉冲数、细分脉冲数及零电流时细分脉冲数；

(2)根据脉冲数、细分脉冲数及零电流时细分脉冲数，确定线性度补偿系数，线性度补偿系数公式如下：

k_{p} = \frac{I_{2} (n_{1} - m_{1}) - I_{1} (n_{2} - m_{2})}{I_{1} (m_{2} - n_{0}) - I_{2} (m_{1} - n_{0})}

(3)根据线性度补偿系数，对变换电路输出的细分脉冲数进行线性度实时补偿；所述线性度补偿系数与线性度补偿后脉冲数关系的公式如下：

n_p＝n_i-m_i+m_i×k_p

其中，n_p为线性度补偿后脉冲数；

(4)对经过线性度实时补偿后的电流/频率变换电路输入n对不同电流值+I’_i、－I’_i，测量并记录D触发器输出的相应脉冲数及细分脉冲数，所述+I’_i、－I’_i为大小相同的正负电流，根据该相应脉冲数及细分脉冲数确定电流/频率变换电路的对称性系数及零位系数，其过程为：先根据相应脉冲数确定标度因数和零位系数，再根据标度因数和零位系数确定对称性系数，各公式如下：

k_{1} = \frac{Σ_{i = 1}^{n} (N_{+ i} + N_{- i})}{2 \times n \times T} - - - (a)

k_{0} = \frac{N_{0}}{T} - - - (b)

k_{2} = \frac{Σ_{i = 1}^{n} (N_{+ i} - N_{- i})}{2 \times n \times T \times k_{1}} - k_{0} - - - (c)

其中，N_+i、N_-i、N₀分别为输入+I’_i、－I’_i及零电流时，变换电路输出的细分脉冲数，T为计数周期，n为所输入的正负电流对的数量，k₁为标度因数，k₀为零位系数，k₂为对称性系数；

(5)根据对称性系数及零位系数，确定对称性补偿系数，对称性补偿系数公式如下：

k_{s} = \frac{(1 - k_{0}) (1 + k_{0} + k_{2})}{(1 + k_{0}) (1 - k_{0} - k_{2})}

(6)根据对称性补偿系数，对变换电路输出的细分脉冲数进行对称性实时补偿，所述对称性补偿系数与对称性补偿后脉冲数关系的公式如下：

n_s＝n_p×k_s

其中，n_s为对称性补偿后脉冲数。

2.根据权利要求1所述的电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法，其特征在于：所述电流值I_i、+I’_i和－I’_i的取值范围是根据电流/频率变换电路的量程选取。