CN207910744U - 一种基于石英谐振子的信号处理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种基于石英谐振子的信号处理电路，包括线性放大电路、相位补偿电路、反相器电路；线性放大电路包括第一反相器、第二一电阻R21，第一反相器与第二一电阻R21并联；石英谐振子的第一端连接第一反相器的输入端、第二一电阻R21的第一端；相位补偿电路包括第二反相器、第三一电阻R31、第四一电阻R41、第五一电阻R51、第三一电容C31；反相器电路包括第三反相器，第三反相器的输入端分别连接第二反相器的输出端、第五一电阻R51的第二端；所述反相器电路用以将信号变为模拟信号，并输出TTL标准方波。本实用新型提出的基于石英谐振子的信号处理电路，方便频率测试，同时可提高单电源供电下石英谐振子的性能。

Description

一种基于石英谐振子的信号处理电路

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，涉及一种石英谐振子，尤其涉及一种基于石英谐振子的信号处理电路。

背景技术

石英谐振子加速度计是基于石英芯片本身的共振效应的机械加速度计，具有灵敏度高、功耗低、质量轻、可靠性好、抗冲击、抗恶劣环境、成本低等优点，非常适合对于精度、体积、重量、可靠性、环境载荷要求高的应用场景，是惯性仪表的一个新兴的重要发展方向。

目前在石英谐振子加速度计的系统应用中，系统电路一般都采用单极性电源，此石英谐振子的信号处理电路也采用单极性电源，此方案采用±15V供电，石英谐振子加速度计输出信号采用+5V的TTL波形，而石英谐振子输出信号是标准正弦波，这给系统应用带来很大不便，因此需要信号处理电路将正弦波转换成TTL方波。另外，为了保证信号处理电路的稳定性，需要电源内部调整，保证处理电路误差波动处于正常水平。

常见石英谐振子的信号处理电路仅为谐振放大电路，采用放大器、电阻、电容等串联与并联，使用很多器件，除此之外放大电路的增益带宽是有限的，增益越大，相位偏移越大，使得相位条件更难满足。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的石英谐振子信号处理方式，以便克服现有处理方式存在的上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于石英谐振子的信号处理电路，可便于频率测试，同时能提高单电源供电下石英谐振子的性能。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于石英谐振子的信号处理电路，所述信号处理电路包括：线性放大电路、相位补偿电路、反相器电路；

石英谐振子分别连接线性放大电路、相位补偿电路，线性放大电路、相位补偿电路、反相器电路依次连接；

所述线性放大电路包括第一反相器、第二一电阻R21，第一反相器与第二一电阻R21并联；石英谐振子的第一端连接第一反相器的输入端、第二一电阻R21的第一端；所述线性放大电路用以使石英谐振子产生的正弦信号进行线性放大；

所述相位补偿电路包括第二反相器、第三一电阻R31、第四一电阻R41、第五一电阻R51、第三一电容C31；

所述第三一电阻R31的第一端分别连接第一反相器的输出端、第二一电阻R21的第二端；第三一电阻R31的第二端分别连接第二反相器的输入端、第四一电阻R41的第一端、第三一电容C31的第一端，第四一电阻R41的第二端分别连接第三一电容C31的第二端、第五一电阻R51的第一端、石英谐振子的第二端；第二反相器的输出端连接第五一电阻R51的第二端；所述相位补偿电路用以使石英谐振子产生的正弦信号进行相位补偿，使得相位补偿反馈给石英谐振子的信号相位与原输出正弦波相位差值符合设定范围；

所述反相器电路包括第三反相器，第三反相器的输入端分别连接第二反相器的输出端、第五一电阻R51的第二端；所述反相器电路用以将信号变为模拟信号，并输出TTL标准方波。

作为本实用新型的一种优选方案，所述信号处理电路包括两个信号处理子电路，各信号处理子电路分别对对应的石英谐振子产生的信号进行处理；各信号处理子电路分别包括线性放大电路、相位补偿电路、反相器电路。

作为本实用新型的一种优选方案，所述信号处理电路还包括直流电源电路；

所述直流电源电路包括直流电源DC、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1；

所述直流电源DC的正极连接第一二极管D1的正极、第一二极管D1的负极连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端分别连接第一电容C1的第一端、第一三极管Q1的集电极、第二三极管Q2的集电极、第二二极管D2的正极；第二二极管D2的负极分别连接第三二极管D3的负极、第二电容C2的第一端、第一三极管Q1的基极、第二三极管Q2的基极；

所述直流电源DC的负极分别连接第一电容C1的第二端、第三二极管D3的正极、第二电容C2的第二端；

所述第一三极管Q1的发射极、第二三极管Q2的发射极分别作为直流电压的输出端。

作为本实用新型的一种优选方案，各个反相器的芯片为TEXAS INSTRUMENTS的CD4069UB型号产品。

一种基于石英谐振子的信号处理电路，包括信号源经过线性放大，线性放大输出端连接经过R31电阻到反相器，反相器与两个电阻进行并联，其中电阻R41与电容C31并联，使得信号经过R41输出端到信号源另一端时相位补偿后为0°，此时电路不会对信号源本身产生的信号进行相位延时，保证电路的信号源1闭合时电路可以自动振荡。信号经过相位补偿后经过反相器将数字信号转换为模拟信号TTL，最后信号经过针脚输出。其中信号处理电路中线性放大、相位补偿与反相器都以反相器为主，辅以电路电容完成电路信号处理，为了保证电路信号的稳定性，采用直流稳压电源内置，保证反相器芯片的工作电压恒定，同时电源电路避免电压在很大范围内波动。

由于信号源(石英谐振子)存在RC网络，导致其相位发生变化，所以相位补偿13由反相器与R41，R51并联，其中R41与C31再并联，最后串联电阻R31，此部分功能为相位角度补偿，放置信号采集过程中，相位产生漂移造成周期变动。

一种基于石英谐振子的信号处理电路，相位补偿电路13与线性放大12连接，该线性放大电路12由反相器与电阻R21并联构成。相位补偿电路13的输入信号经过反相器与反相器模拟信号电路输入端相连。相位补偿电路13的信号输入经过电阻R31后输入到反相器，反相器与电阻R41、R51并联，其中电阻R41与电容C31并联。信号经过电容C31，电阻R41输入到信号源11。相位补偿电路输出经过另外一路到反相器电路14，经过处理输出TTL方波信号。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的基于石英谐振子的信号处理电路，石英谐振子输出的振荡正弦波和自身阻抗经过信号处理电路后，信号输出为标准TTL波形，方便频率测试；另外电路对信号源本身的相位进行补偿，保证电路本身不会对信号产生相位扰动，提高了单电源供电下石英谐振子的性能。此外，本实用新型通过设置反相器，可以减少大量元器件，减少电路面积，更有效地补偿相位。

附图说明

图1为一种基于石英谐振子的信号处理电路流程框图；

图2为本新型提供的一种基于石英谐振子的信号处理电路的具体实施例；

图3为石英谐振子芯片安装方法实施例；

图4为一种基于石英谐振子的信号处理电路提供直流电源实施例。

附图标注如下：

1.石英谐振子信号源； 11.上振梁芯片； 12.上振梁线性放大电路；

13.上振梁相位补偿电路； 14.上振梁反相器电路； 21.上振梁芯片；

22.上振梁线性放大电路； 23.上振梁相位补偿电路； 24.上振梁反相器电路；

31.振梁支撑； 32.上振梁芯片； 33.质量块；

34.下振梁； 41.稳压二极管； 42.三极管芯片。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本实用新型揭示了一种基于石英谐振子的信号处理电路，所述信号处理电路包括：线性放大电路、相位补偿电路、反相器电路；石英谐振子1分别连接线性放大电路、相位补偿电路，线性放大电路、相位补偿电路、反相器电路依次连接。

所述线性放大电路包括第一反相器、第二一电阻R21，第一反相器与第二一电阻R21并联；石英谐振子的第一端连接第一反相器的输入端、第二一电阻R21的第一端；所述线性放大电路用以使石英谐振子产生的正弦信号进行线性放大。

所述相位补偿电路包括第二反相器、第三一电阻R31、第四一电阻R41、第五一电阻R51、第三一电容C31。所述第三一电阻R31的第一端分别连接第一反相器的输出端、第二一电阻R21的第二端；第三一电阻R31的第二端分别连接第二反相器的输入端、第四一电阻R41的第一端、第三一电容C31的第一端，第四一电阻R41的第二端分别连接第三一电容C31的第二端、第五一电阻R51的第一端、石英谐振子的第二端；第二反相器的输出端连接第五一电阻R51的第二端；所述相位补偿电路用以使石英谐振子产生的正弦信号进行相位补偿，使得相位补偿反馈给石英谐振子的信号相位与原输出正弦波相位差值符合设定范围；

所述反相器电路包括第三反相器，第三反相器的输入端分别连接第二反相器的输出端、第五一电阻R51的第二端；所述反相器电路用以将信号变为模拟信号，并输出TTL标准方波。

当信号到达反相器14时只会发生高低电平转换，其输出为TTL方波。处理电路采用10和20两路信号并列处理电路，原因有两点：第一个是电路产生的信号漂移可以去除，另外一个是石英谐振子结构；如图3，目前主流的石英谐振子电路多采用上下双振梁工作方式30，这种状态可以保证去除自身重力和上下部件31和33加工造成的误差，其中32和34为上下对称石英谐振子。

如图2所示，在本实用新型的另一实施例中，所述信号处理电路包括两个信号处理子电路，各信号处理子电路分别对对应的石英谐振子11、21产生的信号进行处理；第一信号处理子电路分别包括第一线性放大电路12、第一相位补偿电路13、第一反相器电路14；第二信号处理子电路分别包括第二线性放大电路22、第二相位补偿电路23、第二反相器电路24。

在图2中，反相器由芯片CD4069UB产生，信号反转由CD4069UB产生，CD4069UB是一种高精度反相器芯片，其输入工作电压小于20V，其工作原理为翻转输入信号，高电平输入低电平输出，低电平输入高电平输出。所述反相器芯片CD4069UB是TEXAS INSTRUMENTS公司的产品。

本实用新型使用的信号处理电阻共5种型号、电容为3种型号，二极管采用一种型号。R21并联在一个反相器两端，R41与R51串联，R41与C31并联。直流电源电路种二极管D1与直流电源正端相连，C1并联在电源两端，D2与D1采用相同型号，作用是钳制三极管Q1、Q2基极电压小于集电极电压，D3给Q1、Q2提供基极电压。

将石英谐振子信号经过处理后输出为标准TTL方波，常规的方式为针对信号源输出波形直接进行TTL转换，忽略了信号源自身相位变化，如未进行补偿，会造成测试的信号周期准确性较低。另外，信号处理采用的反相器芯片(如CD4069UB)，驱动电压范围-0.5V～20V，一般采用+5V供电。一般电路直接由用户直接内接+5V直流电源，但是往往用户提供的直流电源波动较大，虽然电压仍处于反相器14工作范围，但是不同电压下会损失精度。

为了解决此问题，采用了图4的直流稳压电路，输入+15V电压，电压在一定范围波动情况下保证反相器输入电压稳定在5.6V。

所述直流电源电路包括直流电源DC、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1。所述直流电源DC的正极连接第一二极管D1的正极、第一二极管D1的负极连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端分别连接第一电容C1的第一端、第一三极管Q1的集电极、第二三极管Q2的集电极、第二二极管D2的正极；第二二极管D2的负极分别连接第三二极管D3的负极、第二电容C2的第一端、第一三极管Q1的基极、第二三极管Q2的基极。所述直流电源DC的负极分别连接第一电容C1的第二端、第三二极管D3的正极、第二电容C2的第二端。所述第一三极管Q1的发射极、第二三极管Q2的发射极分别作为直流电压的输出端。

综上所述，本实用新型提出的基于石英谐振子的信号处理电路，本实用新型提出的基于石英谐振子的信号处理电路，石英谐振子输出的振荡正弦波和自身阻抗经过信号处理电路后，信号输出为标准TTL波形，方便频率测试；另外电路对信号源本身的相位进行补偿，保证电路本身不会对信号产生相位扰动，提高了单电源供电下石英谐振子的性能。此外，本实用新型通过设置反相器，可以减少大量元器件，减少电路面积，更有效地补偿相位。

提供石英谐振子的信号处理电路方式采用电路相位补偿和正弦信号转换为TTL方波输出。凡是具有以上两种中任意一种处理方式都在本发生的范畴，均是本申请的保护范围。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (4)

1.一种基于石英谐振子的信号处理电路，其特征在于，所述信号处理电路包括：线性放大电路、相位补偿电路、反相器电路；

石英谐振子分别连接线性放大电路、相位补偿电路，线性放大电路、相位补偿电路、反相器电路依次连接；

所述线性放大电路包括第一反相器、第二一电阻R21，第一反相器与第二一电阻R21并联；石英谐振子的第一端连接第一反相器的输入端、第二一电阻R21的第一端；所述线性放大电路用以使石英谐振子产生的正弦信号进行线性放大；

所述相位补偿电路包括第二反相器、第三一电阻R31、第四一电阻R41、第五一电阻R51、第三一电容C31；

所述第三一电阻R31的第一端分别连接第一反相器的输出端、第二一电阻R21的第二端；第三一电阻R31的第二端分别连接第二反相器的输入端、第四一电阻R41的第一端、第三一电容C31的第一端，第四一电阻R41的第二端分别连接第三一电容C31的第二端、第五一电阻R51的第一端、石英谐振子的第二端；第二反相器的输出端连接第五一电阻R51的第二端；所述相位补偿电路用以使石英谐振子产生的正弦信号进行相位补偿，使得相位补偿反馈给石英谐振子的信号相位与原输出正弦波相位差值符合设定范围；

所述反相器电路包括第三反相器，第三反相器的输入端分别连接第二反相器的输出端、第五一电阻R51的第二端；所述反相器电路用以将信号变为模拟信号，并输出TTL标准方波。

2.根据权利要求1所述的基于石英谐振子的信号处理电路，其特征在于：

所述信号处理电路包括两个信号处理子电路，各信号处理子电路分别对对应的石英谐振子产生的信号进行处理；各信号处理子电路分别包括线性放大电路、相位补偿电路、反相器电路。

3.根据权利要求1所述的基于石英谐振子的信号处理电路，其特征在于：

所述信号处理电路还包括直流电源电路；

所述直流电源电路包括直流电源DC、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1；

所述直流电源DC的正极连接第一二极管D1的正极、第一二极管D1的负极连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端分别连接第一电容C1的第一端、第一三极管Q1的集电极、第二三极管Q2的集电极、第二二极管D2的正极；第二二极管D2的负极分别连接第三二极管D3的负极、第二电容C2的第一端、第一三极管Q1的基极、第二三极管Q2的基极；

所述直流电源DC的负极分别连接第一电容C1的第二端、第三二极管D3的正极、第二电容C2的第二端；

所述第一三极管Q1的发射极、第二三极管Q2的发射极分别作为直流电压的输出端。

4.根据权利要求1所述的基于石英谐振子的信号处理电路，其特征在于：

各个反相器的芯片为TEXAS INSTRUMENTS的CD4069UB型号产品。