一种低功耗电流/频率转换电路零偏补偿方法
电子技术应用 2023年7期
汪金华，游超，庄永河，杨杨，李鸿高，吴向东
（中国电子科技集团公司第四十三研究所 微系统安徽省重点实验室，安徽 合肥230088）
摘要：电流/频率转换电路主要用于惯导领域中加速度计输出电流测量，目前典型电流/频率转换电路功耗较大，限制了其应用范围。通常采用分流电路进行低功耗电流/频率转换电路设计，但该方式会带来较大零偏误差，影响电路测量精度。对此分析了影响低功耗电流/频率转换电路零偏的原因，提出了一种利用单片机实现零偏补偿的方法，其只需多次烧录程序就可实现迭代补偿，通过对三个典型温度点粗补偿和全温度段精补偿，较便捷地实现了高精度零偏补偿。经过试验验证，设计的产品全温零偏小于0.15 Hz，功耗为典型电路的1/5，具有较高的工程应用价值和良好的市场前景。
中图分类号：U666.12
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223356
中文引用格式：汪金华，游超，庄永河，等. 一种低功耗电流/频率转换电路零偏补偿方法[J]. 电子技术应用，2023，49(7)：130-133.
英文引用格式：Wang Jinhua，You Chao，Zhuang Yonghe，et al. A zero offset compensation method for low power current/frequency conversion circuit[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(7)：130-133.
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223356
中文引用格式：汪金华，游超，庄永河，等. 一种低功耗电流/频率转换电路零偏补偿方法[J]. 电子技术应用，2023，49(7)：130-133.
英文引用格式：Wang Jinhua，You Chao，Zhuang Yonghe，et al. A zero offset compensation method for low power current/frequency conversion circuit[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(7)：130-133.
A zero offset compensation method for low power current/frequency conversion circuit
Wang Jinhua，You Chao，Zhuang Yonghe，Yang Yang，Li Honggao，Wu Xiangdong
(Anhui Province Key Laboratory of Micro System， The 43rd Research Institute of CETC， Hefei 230088， China)
Abstract：The current/frequency conversion circuit is mainly used to measure the output current of accelerometers in inertial navigation system, and at present the typical current frequency conversion circuit consumes so much power, which limits its application scope. Shunt circuit is usually used to design low power current/frequency circuit, however this method will bring large zero bias error, which affects the accuracy of circuit measurement. The reasons that affect the zero bias of low power current frequency conversion circuit are analyzed, and a method to realize zero offset compensation by single chip microcomputer is presented, it only needs to load the program several times to realize iterative compensation, through coarse compensation for three typical temperature points and fine compensation for the whole temperature range, and it is convenient to realize high-precision zero offset compensation. The experiments show the zero offset of the designed product at whole temperature is less than 0.15 Hz, and the power consumption is 1/5 of that of typical circuit, which has high engineering application value and good market prospect.
Key words :current/frequency conversion；low power；single chip microcomputer；zero offset compensation
0 引言
电流/频率(I/F)转换电路的用途是将模拟电流信号按线性比例关系转换成数字频率信号，目前典型的基于电荷平衡原理的电流/频率转换电路具有分辨力高、精度好、抗干扰力强等优势，应用广泛[1]。
典型方法通常是对输入电流直接进行转换，性能指标已经达到较高水平，但该种结构存在产品功耗较高、发热量大的问题，限制了其市场应用。目前解决此问题的方法主要有采用开关切换分流和直接串联电阻到地分流两种放式，其中开关切换分流方式电路复杂，整体功耗下降较小，成本仍较高[2]。而利用直接串联电阻到地的分流结构较为简单，但会产生较大零偏，而零偏是影响电路测量精度的主要因素，虽有一些硬件补偿方法，但是补偿精度低且难以实现多次迭代，补偿效果很不理想[3]。
对此在分流电路基础上，设计单片机补偿电路及算法程序进行零偏补偿，通过粗补偿和精补偿实现快速迭代补偿设计，较便捷地弥补了电路零偏误差，达到了兼顾产品功耗和精度的目的。另外分流结构电路在降低功耗的同时，对元器件价格、体积、性能等级要求也有很大下降，从而降低了产品的体积和成本，提高了产品的性价比和市场应用前景。
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作者信息：
汪金华，游超，庄永河，杨杨，李鸿高，吴向东
（中国电子科技集团公司第四十三研究所 微系统安徽省重点实验室，安徽 合肥230088）
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