[发明专利]一种动力调谐陀螺仪模数转换电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种模数转换电路，尤其涉及一种捷联式惯性制导系统中大动态、高精度动力调谐陀螺仪模数转换电路，属于电路设计技术领域。

背景技术

捷联式惯性制导系统有三个通道的陀螺仪和加速度计直接安装在运载体上，敏感出各通道上运载体的角度、角速度和运动加速度等信息。将上述信息送入控制计算机，作变换处理后，自动操纵自行机构，按照预定的规律和路线控制、导引运载体达到目的地。动力调谐陀螺仪是利用挠性接头支撑转子并利用动力调谐原理进行调谐的二自由度陀螺仪。模数转换电路指把模拟电参量变换为数字量的电路。在模数转换器中，有积分式和比较式两大类。在积分式模数转换器中有电压时间转换和电压频率转换两种，在比较式模/数转换器中有反馈式和无反馈式两种。制导与导航系统要求惯性仪表不仅要提供与输入量成正比的数字信息，而且要提供与输入量积分值成正比的数字信息，在上述几种模/数转换器中，只有积分式电压频率转换器中的电荷平衡式转换器才适用于制导与导航系统。

电荷平衡式电压频率转换器不仅可以连续不断地进行转换，还有如下优点：积分电容的精度不影响输出脉冲数；模数转换时间与输入大小无关；时钟频率的短期变化不会产生误差；对一定的时钟频率来说，要增加测量和计数时间，并不要求加宽积分器的动态范围；不易产生不工作区（死区），即使输入电压很小时，也有较高的转换精度。电荷平衡式电压频率转换器的控制逻辑对转换精度有很大的影响。控制逻辑可以是二元的，也可以是三元的。二元逻辑虽然电路简单，有利于小型化和可靠性的提高，但其致命的弱点是零位输出大，而且不容易控制。例如当询问频率是256KHz时，反馈宽度为4uS，若反馈脉冲电流波形宽度变化0.04ns，则零位输出变化1.28个脉冲/S，而三元逻辑转换器零位的绝对值小，零位的变化量也小，所以应当采用三元控制逻辑。根据上述情况,大量程高精度模/数转换电路的总体设计方案应为电荷平衡式三元控制逻辑模/数转换电路。

目前，由于挠性捷联系统的角速度测量范围为±300°/s，动力调谐陀螺仪现有的模数转换电路时钟信号为128KHz，可满足分辨率的要求。但是，随着测量范围提高到±600°/s时，分辨率将会降低一倍，难以满足使用要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种动力调谐陀螺仪模数转换电路，该电路提高了模数转换的精度。

本发明的技术解决方案是：一种动力调谐陀螺仪模数转换电路，包括分流电路、积分电路、逻辑控制电路、开关电路、整形电路、恒流源电路和输出电路，分流电路对输入的模拟电流信号Ii1进行分流得到模拟电流信号Li2，分流后的模拟电流信号Ii2经过积分电路变成模拟电压信号Uj，整形电路为逻辑控制电路和输出电路提供时钟信号，逻辑控制电路根据模拟电压信号Uj的极性产生两路控制信号，其中一路控制信号作为反馈控制信号用于控制开关电路，另一路控制信号作为输出控制信号用于控制输出电路，恒流源电路为开关电路提供电流源，开关电路根据逻辑控制电路输出的反馈控制信号输出正反馈或负反馈电流，输出电路根据逻辑控制电路输出的输出控制信号输出频率信号。

所述分流电路由七个电阻R01、R02、R03、R04、R05、R13和R14、二极管V11、V12、V13和V14组成，电阻R01、R02、R03、R04并联后一端接地，另一端接电阻R05的一端并接输入模拟电流信号Ii1，二极管V11的正极与V12的负极相连，V12的正极接地，二极管V13的负极与V14的正极相连，二极管V14的负极接地，二极管V11的负极、V13的正极接电阻R05的另一端，电阻R05的另一端输出分流后的模拟电流信号Ii2，电阻R13的一端接电源负极，另一端接在二极管V11、V12之间，电阻R14的一端接电源正极，另一端接在二极管V13、V14之间。

所述积分电路由运算放大器N5、电容C1、电阻R15和R16、三极管V15和V16组成，运算放大器N5的反相输入端接模拟电流信号Ii2，运算放大器N5的同相输入端接地，运算放大器N5的输出端接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接三极管V15、V16的基极，三极管V15、V16的基极与三极管V15、V16的发射极之间通过电阻R16相连接，三极管V15、V16的集电极分别接电源的正极和负极，三极管V15、V16的发射极作为积分电路的输出端输出模拟电压信号Uj，电容C1接在运算放大器N5反相输入端与积分电路输出端之间。