阅读说明：本技术 电压频率转换混合集成电路 (Voltage frequency conversion hybrid integrated circuit ) 是由 李建和 王泉 房建峰 王健 祝节 魏刚剑 于 2020-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电压频率转换混合集成电路,包括积分电路；积分电路采用以电压基准器为基础的正、负电源来供电；积分电路中包括运算放大器,两个串联在运算放大器反相输入端的输入电阻,两个输入电阻的阻值不同、温度系数大小不同且符号相反。本发明的电路,零偏小,零偏漂移小,稳定性好,线性度好；零偏自动校准,无需外围调节和软件补偿,结构简单,成本低；体积小,通用性强。(The invention discloses a voltage frequency conversion hybrid integrated circuit, which comprises an integrating circuit; the integrating circuit is powered by a positive power supply and a negative power supply based on a voltage reference device; the integrating circuit comprises an operational amplifier and two input resistors which are connected in series at the inverting input end of the operational amplifier, wherein the two input resistors have different resistance values and different temperature coefficients and have opposite signs. The circuit of the invention has small zero offset, small zero offset drift, good stability and good linearity; zero-offset automatic calibration is realized, peripheral adjustment and software compensation are not needed, the structure is simple, and the cost is low; small volume and strong universality.)

电压频率转换混合集成电路

技术领域

本发明涉及一种电压频率转换混合集成电路，特别是一种高稳定性的双通道输出的电压频率转换混合集成电路。

背景技术

电压频率转换电路是把输入的模拟电压信号转换成计数脉冲输出，计数脉冲的频率正比于输入电压信号的幅度值。它具有抗干扰性强、转换分辨率高和精度高等特点，广泛用于导航、雷达、遥控遥测、模拟信号传输、数据采集和通讯系统、现代导航系统等领域。

专利号为CN202853621U的专利中公开了一种I/F转换电路，如图1所示，其中包含积分器，比较器，数字逻辑电路和电子开关，积分器的输出端连接比较器的输入端，比较器的输出端连接数字逻辑电路的输入端，数字逻辑电路的输出端与输出电路连接，数字逻辑电路的输出端通过电子开关与积分器的输入端连接形成闭环回路。

该I/F转换电路的积分电路原理图如图2所示，运算放大器U1采用普通的电源供电，其同相端接入了对地电阻R2，这样的结构稳定性差，使得电路的零偏漂移大，零偏重复性也较差，电路的零偏不稳定，导致电路输出频率的稳定性和线性度较差，难以实现高精度的电压频率转换。

专利号为CN102589545A、CN102589545B的专利中公开了一种惯性测量单元的零位自校准电压频率转换装置，通过置入导航计算机的采样模块在不同的采样周期对开关进行不同的断开和闭合控制，使三个独立采样通道分别在共用采样通道的配合下依次进行各自通道的零位自校准。该装置需要控制多路电子开关的不断切换和计算机的持续采样和软件补偿，结构复杂、控制程序繁琐、实时性较差和价格昂贵。

随着微电子技术的进步，电子设备特别是武器装备对高精度电压频率转换电路的稳定性要求越来越高。积分电路是高精度电压频率转换电路的核心部分，它对供电电源和输入电阻的稳定性要求特别高，需要精密设计。设计一种零偏小、稳定性好、精度高、结构简单和价格便宜的电压频率转换混合集成电路显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种零偏小且无需外部调节和校准、精度高、结构简单的高稳定性电压频率转换混合集成电路。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种电压频率转换混合集成电路，包括积分电路；积分电路采用以电压基准器为基础的正、负电源来供电；

积分电路中包括运算放大器，两个串联在运算放大器反相输入端的输入电阻，两个输入电阻的阻值不同、温度系数大小不同且符号相反。

进一步地，电压基准器的输入电压为15V～40V，输出电压为+5V电压，直接提供给积分电路的正电源；电压基准器的输出端接反相放大器，电压基准器输出的+5V电压经反相放大器后转变成-5V电压，-5V电压提供给积分电路的负电源。

进一步地，所述运算放大器选用失调电压小于10μV、失调电流小于100pA、偏置电流小于100pA的运算放大器。

进一步地，所述运算放大器为具有偏置自动校准功能的运算放大器。

进一步地，还包括比较器电路、触发器电路、模拟开关电路和恒流源电路；输入信号电压VIN输入至积分电路，积分电路输出信号再经比较器电路输出至触发器电路，经触发器电路输出两路信号FO+和FO-中的其中一路。

进一步地，当输入信号电压VIN大于0V时，触发器电路输出FO+信号而FO-无输出；

当输入信号电压VIN小于0V时，触发器电路输出FO-信号而FO+无输出；

当输入信号电压VIN等于0V时，触发器电路输出FO+信号或FO-信号，FO+信号或FO-信号有且仅有一路输出。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

⒈ 零偏小，零偏漂移小，稳定性好，线性度好；

⒉ 零偏自动校准，无需***调节和软件补偿，结构简单，成本低；

⒊ 体积小，通用性强。

附图说明

图1是原有技术的I/F转换电路原理框图。

图2是原有技术的I/F转换电路的积分电路原理图。

图3是本发明的高稳定双通道输出电压频率转换混合集成电路原理框图。

图4是本发明的高稳定双通道输出电压频率转换混合集成电路积分电路原理图。

图5是本发明的高稳定双通道输出电压频率转换混合集成电路积分电路正、负供电电源原理图。

具体实施方式

本发明的高稳定双通道输出电压频率转换混合集成电路原理框图，如图3所示，包括积分电路1、比较器电路2、触发器电路3、模拟开关电路4和恒流源电路5。输入信号电压VIN输入积分电路1，触发器电路3输出两路信号FO+和FO-，当输入信号电压VIN大于0V时，触发器电路3输出FO+信号而FO-无输出；当输入信号电压VIN小于0V时，触发器电路3输出FO-信号而FO+无输出；当输入信号电压VIN等于0V时，触发器电路3输出FO+信号或FO-信号，FO+信号或FO-信号有且仅有一路输出。

本发明的核心技术解决方案是积分电路1，积分电路1采用以电压基准器为基础的稳压电路来供电，该稳压电路提供非常稳定的±5V电压，显著减小因电源电压波动而引起的零偏变化量。积分电路1中采用特选的精密运算放大器，该运算放大器具有低失调电压、低失调电流和低偏置电流的特点，还具有偏置自动校准功能，无需外部调节和校准，采用该运算放大器后，电路的零偏小且稳定性显著提高。积分电路1中的输入电阻采用两个电阻R1、R2串联组成，该两个电阻阻值不同、温度系数大小不同且符号相反。

本发明还具有通用的比较器电路2、触发器电路3、模拟开关电路4和恒流源电路5，与上述的积分电路1共同组成高稳定性的电压频率转换混合集成电路。

本发明的原理是：积分电路采用以电压基准器为基础组成正、负供电电源，电压基准器的输入电压为15V～40V，输出为+5V电压，直接提供给积分电路的正电源；电压基准器的输出端接反相放大器，+5V电压经反相后变成-5V电压，-5V电压提供给积分电路的负电源。积分电路采用了特选的精密运算放大器，其失调电压小于10μV，失调电流小于100pA，偏置电流小于100pA，该运算放大器具有偏置自动校准功能，在全温范围内，失调电压、失调电流和偏置电流保持不变，保证了电压频率转换电路零偏的稳定性。

积分电路的输入电阻采用两个电阻R1和R2串联组成，首先确定电阻的温度系数，如电阻R1采用温度系数为300ppm/℃的电阻，则电阻R2采用温度系数为-30ppm/℃的电阻，然后确定电阻的阻值，如电阻R1采用2kΩ，电阻R2采用20kΩ，当工作温度发生变化时，两个电阻的阻值均发生了0.6Ω/℃的变化，但由于两者的温度系数符号相反，两个电阻的总阻值保持不变，保证了的输入电流的恒定。本发明还具有通用的比较器电路、触发器电路、模拟开关电路和恒流源电路，与上述的积分电路共同组成高稳定性的电压频率转换混合集成电路，完成电压频率的转换。

结合图4，本发明的高稳定双通道输出电压频率转换混合集成电路积分电路原理图。积分电路中，电阻R1的一端为输入信号电压VIN，另一端与电阻R2串联，电阻R2的另一端接运算放大器N1的反相输入端；运算放大器N1的同相输入端接地；电容C1的一端接运算放大器N1的反相输入端；另一端接运算放大器N1的输出端VOUT；运算放大器N1的正电源端V+接正电源电路①；运算放大器N1的负电源端V-接负电源电路②；运算放大器N1的反相输入端也是放电电流IK的输入端。

结合图5，本发明的高稳定双通道输出电压频率转换混合集成电路积分电路正、负电源电路原理图，电压基准器N2的第二脚电源端接正电源VCC；电压基准器N2的第四脚接地端接地GND；电容C2的一端接电压基准器N2的第二脚电源端，另一端接地GND；电阻R3的一端接电压基准器N2的第六脚输出端，另一端接运算放大器N3的反相输入端；电容C3的一端的接电压基准器N2的第六脚输出端，另一端接地GND；电阻R4的一端接运算放大器N3的反相输入端，另一端接运算放大器N3的输出端；运算放大器N3的同相输入端接地GND；运算放大器N3的正电源端接正电源VCC，电容C4的一端接运算放大器N3的正电源端，另一端接地GND；运算放大器N3的负电源端接负电源VEE，电容C5的一端接运算放大器N3的负电源端，另一端接地GND；电容C6的一端接运算放大器N3的输出端，另一端接地GND。电压基准器N2的第六脚输出端输出电压V+，为图4中的运算放大器N1的正电源端提供电源电压V+；运算放大器N3的输出端输出电压V-，为图4中的运算放大器N1的负电源端提供电源电压V-。

本发明的高稳定双通道输出电压频率转换混合集成电路电性能指标如下：

a、输入电压：-7.5V～7.5V

b、输出频率：0～200kHz

c、零位偏置：-0.5Hz～0.5Hz

d、零偏漂移：±0.2Hz（输入为0）

e、零偏重复性（3次上电）：±0.2Hz

f、非线性度（均方根差）：≤0.06‰

i、正负通道对称性：≤0.05%。