一种电流频率转换混合集成电路的制作方法

1.本发明涉及一种电流频率转换混合集成电路，属于信号处理技术领域。


背景技术：

2.电流频率转换电路是以电荷平衡原理为基础的一种模/数转换电路，把输入的模拟电流信号转换成计数脉冲信号，计数脉冲的频率与输入电流信号的大小成正比。它具有体积小、精度高、成本低、线性度好等优点，广泛应用于导航、雷达、遥控遥测、数据采集和通讯系统等领域。
3.专利号为cn202853621u的专利中公开了一种电流频率转换电路，如图1所示，其中包括积分器，比较器，数字逻辑电路和电子开关等部件，比较器的输入端和积分器的输出端相连接，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还通过电子开关与积分器的输入端连接，组成了积分器、正负两个通道、正负恒流源、电子开关等功能电路。当输入正电流时，正向通道和负恒流工作，fo+端输出脉冲信号；当输入负电流时，负向通道和正恒流工作，fo-端输出脉冲信号。该装置正负向输出频率的对称性差，需要调节正负恒流源的大小才能满足实际使用要求，同时，该装置的结构复杂，成本比较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电流频率转换混合集成电路，具备正负向输出频率对称、结构简单、成本低的优点。
5.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
6.本发明提供了一种电流频率转换混合集成电路，包括恒流源、开关模块、时钟模块以及依次串联连接的正负电流处理模块、积分器、第一比较器和逻辑控制模块；所述正负电流处理模块用于获取输入的正负电流并进行区分输出；所述积分器用于获取正负电流处理模块的输出信号并进行积分处理；所述第一比较器用于获取积分器的输出信号并与阈值电压进行比较；所述逻辑控制模块用于获取第一比较器和时钟模块的输出信号并生成频率脉冲信号；所述恒流源经过开关模块触点端连接至积分器输入端为积分器提供复位电流，所述开关模块控制端连接至逻辑控制模块输出端。
7.可选的，所述正负电流处理模块包括第一取样电阻、运算放大器、第一电子开关、第二电子开关、第二比较器以及第三比较器；所述第一取样电阻作为正负电流处理模块的输入端，所述第一取样电阻一端接地，所述第一取样电阻二端分别连接至运算放大器输入端和第二电子开关触点一端，所述运算放大器输出端连接至第一电子开关触点一端，所述第一电子开关和第二电子开关触点二端相连形成输出公共端并作为正负电流处理模块的输出端；所述第二比较器正输入端连接至第一取样电阻二端，所述第二比较器输出端分别连接至第一电子开关控制端和第三比较器负输入端，所述第三比较器输出端连接至第二电子开关控制端；所述第二比较器负输入端和第三比较器正输入端均接地。
8.可选的，所述逻辑控制模块包括数字逻辑电路、第一逻辑运算电路以及第二逻辑运算电路；所述数字逻辑电路输入端分别连接至时钟模块和第一比较器输出端，所述数字逻辑电路输出端分别连接至第一逻辑运算电路和第二逻辑运算电路输入端，所述第一逻辑运算电路和第二逻辑运算电路输入端还分别连接至第二比较器和第三比较器控制端，所述第一逻辑运算电路和第二逻辑运算电路输出端作为逻辑控制模块的输出端。
9.可选的，所述开关模块包括第三电子开关和第四电子开关，所述第三电子开关和第四电子开关控制端分别连接至第一逻辑运算电路和第二逻辑运算电路输出端，所述第三电子开关和第四电子开关触点一端相连形成触点公共一端，所述第三电子开关和第四电子开关触点二端相连形成触点公共二端，所述触点公共一端连接至积分器输入端，所述触点公共二端连接至恒流源输出端。
10.可选的，所述恒流源包括依次串联连接的电压基准源、电压跟随器以及第二取样电阻。
11.可选的，所述积分器包括电容和比较器，所述电容连接在比较器的输出端与反相输入端之间。
12.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
13.本发明提供了一种电流频率转换电路，通过串联连接的正负电流处理模块、积分器、第一比较器和逻辑控制模块，在分别输入正、负电流工作时，共用同一个积分器、同一个比较器、同一个逻辑控制模块和同一个恒流源，显著提高了正、负向输出频率的对称性和电路输出频率的线性度；同时具备，体积小，通用性强；结构简单，成本低。
附图说明
14.图1是本发明背景技术中提供的一种电流频率转换电路的示意图；
15.图2是本发明实施例一提供的一种电流频率转换混合集成电路的示意图；
16.图3是本发明实施例一提供的正负电流处理模块的示意图；
17.图4是本发明实施例一提供的一种正负电流处理模块的原理图；
18.图5是本发明实施例一提供的一种积分器和第一比较器的原理图；
19.图6是本发明实施例一提供的逻辑控制模块和开关模块的示意图；
20.图7是本发明实施例一提供的一种逻辑控制模块和开关模块的原理图；
21.图8是本发明实施例一提供的恒流源的示意图；
22.图9是本发明实施例一提供的一种恒流源的原理图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
24.实施例一：
25.如图2所示，本发明提供了一种电流频率转换混合集成电路，包括恒流源、开关模块、时钟模块以及依次串联连接的正负电流处理模块、积分器、第一比较器和逻辑控制模块；正负电流处理模块用于获取输入的正负电流并进行区分输出；积分器用于获取正负电流处理模块的输出信号并进行积分处理；第一比较器用于获取积分器的输出信号并与阈值
电压进行比较；逻辑控制模块用于获取第一比较器和时钟模块的输出信号并生成频率脉冲信号；恒流源经过开关模块触点端连接至积分器输入端为积分器提供复位电流，开关模块控制端连接至逻辑控制模块输出端。
26.如图3所示，正负电流处理模块包括第一取样电阻、运算放大器、第一电子开关、第二电子开关、第二比较器以及第三比较器；第一取样电阻作为正负电流处理模块的输入端，第一取样电阻一端接地，第一取样电阻二端分别连接至运算放大器输入端和第二电子开关触点一端，运算放大器输出端连接至第一电子开关触点一端，第一电子开关和第二电子开关触点二端相连形成输出公共端并作为正负电流处理模块的输出端；第二比较器正输入端连接至第一取样电阻二端，第二比较器输出端分别连接至第一电子开关控制端和第三比较器负输入端，第三比较器输出端连接至第二电子开关控制端；第二比较器负输入端和第三比较器正输入端均接地。
27.当正负电流处理模块的输入为正电流时，第二比较器输出高电平，第三比较器输出低电平，此时第一电子开关导通，第二电子开关截止，输入的正电流经运算放大器、第一电子开关对积分器进行充电。
28.当正负电流处理模块的输入为负电流时，第二比较器输出低电平，第三比较器输出高电平，此时第二电子开关导通，第一电子开关截止，输入的负电流经第二电子开关对积分器进行充电。
29.如图4所示，本实施例提供一种正负电流处理模块的原理图，第一取样电阻、运算放大器、第一电子开关、第二电子开关、第二比较器以及第三比较器分别记为电阻r1、比较器u1、mos管q1、mos管q2、比较器u2以及比较器u3；电阻r1一端接地，另一端接电阻r2、电阻r5和电阻r21的公共端，电阻r2另一端接比较器u1的反相输入端，比较器u1同相输入端接地，电阻r3连接在比较器u1的反相输入端和输出端之间，比较器u1的正电源端接+15v电源，负电源端接-15v电源，电阻r4一端接比较器u1的输出端，另一端接mos管q1的漏级；电阻r5另一端接mos管q2的漏级，mos管q1与mos管q2的源级一起连接在积分器的反相输入端；电阻r21另一端与比较器u2的同相输入端连接，比较器u2的反相输入端接地，比较器u2的正电源端接+15v电源，负电源端接-15v电源，输出端与电阻r6和电阻r18的公共端连接，电阻r6另一端接mos管q1的栅极，电阻r18与比较器u3的反相输入端连接，比较器u3的同相输入端接地，比较器u3的正电源端接+15v电源，负电源端接-15v电源，输出端通过电阻r19与mos管q2的栅极连接并通过电阻r20接地。二极管d3的负极连接电阻r6和mos管q1的栅极的公共端，正极接二极管d4的正极，二极管d4的负极接地。
30.其中，电阻r3与比较器u1的反相输入端和输出端连接，构成比较器u1的负反馈回路，使比较器u1起到运算放大器的功能，mos管q1和mos管q2具有低阈值电压和极快的相应速度，起到开关的作用，二极管d3和d4反向串联对电路起到过压保护左右。
31.比较器u2、u3起到控制mos管q1、q2开与关状态的作用，当输入为正电流时，比较器u2输出高电平，比较器u3输出低电平，此时mos管q1导通，mos管q2截止，输入的正电流经比较器u1转换为负电流，然后电流经mos管q1对积分器进行积分；当输入为负电流时，比较器u2输出低电平，比较器u3输出高电平，此时mos管q1截止，mos管q2导通，输入的负电流经mos管q1对积分器进行积分。
32.如图5所示，本实施例提供一种积分器和第一比较器的原理图，积分器、第一比较
器分别记为比较器u4和比较器u5；比较器u4同相输入端接地，反相输入端接经正负电流处理模块输出的电流，电容c1连接在比较器u4的输出端与反相输入端之间，比较器u4的正电源端接+15v电源，负电源端接-15v电源，电阻r7一端接比较器u4的输出端，另一端接比较器u5的正相输入端和电阻r8的公共端，电阻r8另一端接地；比较器u5的同相输入端与积分器的输出连接，反相输入端接电阻r9和电阻r10的公共端，r10另一端接+15v电压源，r9另一端接地，比较器u5的正电源端接+15v电源，负电源端接-15v电源，比较器u5的输出接电阻r11，电阻r11另一端接+5v电压源。
33.其中，电容c1连接于比较器u4的反相输入端和输出端之间，使比较器u4起到积分器的作用，电压源与电阻r9、电阻r10形成一个通路，给比较器u5一个阈值电压。输入电流进入积分器u4，此时电容c1充电，积分器的输出电压会降低，当积分器u4的输出电压降低到阈值电压时，比较器u5的输出信号会出现翻转，比较器u5的输出信号会由高电平变为低电平。
34.如图6所示，逻辑控制模块包括数字逻辑电路、第一逻辑运算电路以及第二逻辑运算电路；数字逻辑电路输入端分别连接至时钟模块和第一比较器输出端，数字逻辑电路输出端分别连接至第一逻辑运算电路和第二逻辑运算电路输入端，第一逻辑运算电路和第二逻辑运算电路输入端还分别连接至第二比较器和第三比较器控制端，第一逻辑运算电路和第二逻辑运算电路输出端作为逻辑控制模块的输出端。
35.开关模块包括第三电子开关和第四电子开关，第三电子开关和第四电子开关控制端分别连接至第一逻辑运算电路和第二逻辑运算电路输出端，第三电子开关和第四电子开关触点一端相连形成触点公共一端，第三电子开关和第四电子开关触点二端相连形成触点公共二端，触点公共一端连接至积分器输入端，触点公共二端连接至恒流源输出端。
36.输入正负电流经正负电流处理模块进入积分器，对积分电容进行充电，则积分器的输出电压降低，当电压降至第一比较器的阈值电压时，第一比较器输出信号发生翻转，第一比较器输出由低电平转为高电平，此时在外部时钟模块的时钟信号clk的驱动下，第一逻辑运算电路和第二逻辑运算电路的输出信号fo+或fo-。
37.fo+和fo-作为第三电子开关和第四电子开关的控制信号，当第三电子开关或第四电子开关由断开状态转换为导通状态，恒流源输出的电流施加到积分器的输入端，恒流源输出电流大于输入电流，积分器被强制进入放电状态，此时积分器的输出电压逐渐升高，当输出电压达到第一比较器的阈值电压时，第一比较器输出信号发生翻转由高电平转为低电平，逻辑控制模块的输出也发生翻转由高电平转为低电平，使电子开关由导通状态转换为断开状态，将恒流源隔离，使积分器重新工作在充电状态。重复以上周期工作，实现了电流至频率的转换。
38.如图7所示，本实施例提供一种逻辑控制模块的原理图；数字逻辑电路、第一逻辑运算电路以及第二逻辑运算电路分别记为触发器d1a、与门d2a以及与门d2b；触发器d1a的输入端d端接比较器u5的输出端，并连接时钟信号clk，配置成利用时钟信号clk对比较器u5比较信号进行触发，得到触发脉冲，触发器d1a的置位端set和反复位clr均接+5v电源；两个与门d2a、d2b与触发器d1a的输出端q相连并通过电阻r12接地，与门d2a与电阻r15相连，电阻r15另一端与正负电流处理模块中mos管q1的栅极和电阻r6的公共端相连，与门d2b与电阻r13相连，电阻r13与正负电流处理模块中mos管q2的栅极和电阻r19的公共端相连，两个与门进行与运算，得到频率脉冲信号。与门d2a的输出端与电阻r14相连，电阻r14另一端连
接mos管q3的栅极，mos管q3的源级连接积分器的负相输入端，与门d2b的输出端与电阻r16相连，电阻r16另一端连接mos管q4的栅极，mos管q4的源级连接积分器的负相输入端，两个mos管的漏级接恒流源。
39.比较器u5的输出信号配合时钟信号clk经触发器d1a对比较器u5输出信号进行触发脉冲，触发器d1a的输出信号会分别进入与门d2a、d2b，并与经正负电流处理模块中比较器输出的电流信号进行与运算，输出频率脉冲信号，频率脉冲信号控制mos管的通断。其中，mos管q3、q4起到开关作用。
40.如图8所示，恒流源包括依次串联连接的电压基准源、电压跟随器以及第二取样电阻。电压基准源输出的基准电压经电压跟随器和第二取样电阻后产生复位电流，复位电流经第三电子开关和第四电子开关对积分器进行放电。
41.正负向输出频率作为电子开关的控制信号，控制电子开关由断开状态转换为导通状态，此时，恒流源施加电流到积分器，控制积分器的放电，由于输入电流经过正负电流处理模块处理，输入积分器的电流始终为负电流，所以本发明只需要一个正恒流源复位电路。
42.如图9所示，电压基准源、电压跟随器以及第二取样电阻分别记为电压基准源vr1、比较器u6、电阻r17；电压基准源vr1输入端接+15v输入电压，输出端连接比较器u6的同相输入端，输出端跟反相输入端连接，比较器u6的正电源端接+15v电源，负电源端接-15v电源，比较器u6的输出端还连接电阻r17，电阻r17另一端接mos管q3、q4漏级的公共端。
43.频率脉冲信号fo-、fo+会控制mos管q3、q4的通断，当mos管导通时，恒流源会在积分器的输入端施加一个复位电流，使积分器进入积分放电状态，积分器输出电压升高，当电压升高到阈值电压时，会使比较器u5输出信号出现翻转；当mos管截止时，会将恒流源隔离，使积分器重新工作在充电状态。重复以上周期工作，形成电路频率转换。其中，比较器u6输出端与输入端相连，起到电压跟随器的作用。
44.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。