基于AD7609的石英挠性加速度计采集电路设计

王浩 程文明 张国财

摘要：本文针对AD7609芯片和石英挠性加速度计相关内容展开论述，通过研究转换电路的选择、设备接口电路设计、移相电路设计、乘法器设计、低通滤波电路设计、驱动电路设计、开关电路设计、系统软件设计等内容，其目的在于提升采集电路设计内容的合理性，提高加速计的应用性能。

关键词：AD7609芯片;石英挠性加速度计;移相电路;乘法器

加速度计现已广泛应用在航空航天、航海导航、武器系统制导等环节当中，在分支体系当中，石英挠性加速度计因结构简单、精准度高等优势，目前也得到了不断推广。基于AD7609芯片展开石英挠性加速度计采集电路设计，可以对原有电路运行情况进行优化处理，使其能够转换为稳定电流输出，从而提高电路信息传递的时效性和可靠性。

1相关内容概述

1.1AD7609芯片

AD7609芯片是AD公司出品的一款AD转换器，该转换器可以将接收到的输入信号，直接转换为数字信号对外输出，及时输入信号较弱，也可以准确的实现信号转化和输出。同时芯片内的可编程放大器，能够对输入信号进行增益处理，同时根据内部的寄存器对滤波时间进行调整，以此来提高系统本身的更新频率。同时在应用中的+3V电源和1MHz主时钟时，AD7609芯片的功耗只有1mW，具备较高的节能性，是非常便利的法分布式数据采集系统。

1.2石英挠性加速度计

石英挠性加速度计是指采用挠性支承的摆式加速度计。摆组件用两根挠性杆与仪表壳体连接。挠性杆绕输出轴的弯曲刚度很低，而其他方向的刚度很高。它的基本工作原理与液浮摆式加速度计类似。这种系统有一高增益的伺服放大器，使摆组件始终工作在零位附近。这样挠性杆的弯曲很小，引入的弹性力矩也微小，因此仪表能达到很高的精度。这类加速度计有充油式和干式两种。充油式的内部充以高粘性液体作为阻尼液体，可改善仪表动态特性和提高抗振动、抗冲击能力。干式加速度计采用电磁阻尼或空气膜阻尼，便于小型化、降低成本和缩短启动时间，但精度比充油式低。

2基于AD7609的石英挠性加速度计采集电路设计要点

2.1转换电路的选择

进行石英挠性加速度计设计时，模数转换器的选择是采集电路设计的关键，模数转换器的精度直接影响系统的精度。转换器的选择主要考虑以下几个因素：（1）输入电压，为确保加速计正常工作，直接输出电压应控制在-10V到+10V之间;（2）分辨率，这也是决定加速计显示结果精细度的重要保障，基于AD7609芯片，其分辨率需要达到18位才能满足要求;（3）精度，影响精度的因素包括系统误差和偶然误差两种，这也是选择时需要注意的内容之一;（4）转换时间，即ADC完成一次转换所需要的时间。一般情况下，毫米级属于低速，微秒级属于中速，而纳秒级的属于高速，结合实际情况匹配相应参数，提升加速计的可靠性。

2.2设备接口电路设计

进行设备接口电路設计也属于重要的应用内容之一，为提升数据信息串联的针对性和有效性，在实际应用中，采用了同步串行接口，该接口的应用优势在于，能够对给定总线上的多个互联设备进行额信息处理。这样在数据信息传递的过程中，可以同时进行多组数据信息的交互，即主机向从机传递信息的同时，其他的主机也可以完成字节数据传递，以此来提高转换信号的应用价值。同时该接口还能够根据实际需求进行初始化调整，从而提高设备接口电路数据传递的有效性。

2.3移相电路设计

集合以往设计经验可以得知，载波激励信号在电路中传输时，会受到差动电容的影响，而出现相角偏移的情况，这样也会降低电路对外输出时的幅值，影响到信号的传输功率。对此在移相电路设计的过程中，可以将移动相器电路的增益值提前设定为1，随后将放大器设计为AD公司的AD7609芯片自运算放大器，之前已经简单提到该芯片的应用优势，这样能够满足移相电路的正常运行需求，具备较强的实用价值。

2.4乘法器设计

在对乘法器进行选择设计时，需要选择线性度良好、失真度较低的系统，这样可以满足系统进行微弱信号调试的需求。AD7609芯片中国自带的乘法器结构，其精准度相对较高，而且运行期间所产生的噪声相对较小，而运行带宽在10MHz到15MHz之间，这也有利于调制信号频率地调整，并且在电路结构应用中，也可以利用正弦波来完成既定的调制任务，从而将信号调制到几十万赫兹，量级远大于一般的噪声量级，以便于滤波器进行噪音信号的清除[1]。

2.5低通滤波电路设计

在章节2.4中已经简单提到，经过乘法器处理之后，信号可以调制到几十万赫兹，以便以低通滤波电路来完成干扰信号的清理。在具体设计中，可以结合AD7609芯片特性来搭配相应的滤波器结构，例如，可以在源滤波器的基础上，增加若干电阻，使其可以增加系统总电阻，降低通过电流，形成低通滤波电路。同时集合实际情况来调整元件参数，使其增益效果可以得到显著提升，提高采集电路的应用效果[2]。

2.6驱动电路设计

在采集电路设计中，驱动电路的主要工作便是根据电容传递信号，对微弱电信号进行适当的放大处理。这样可以满足加速度计在应用阶段的动态或静态应用指标，随后将整个回路进行通达情况的校正，对于各分支结构的传递函数和阻容参数进行调整，在此过程中，可以搭配PLC技术来完成参数的校正，随后对精密采样电阻的安装位置进行优化设计，使其能够进入到正常的工作状态[3]。

2.7开关电路设计

在开关电路的设计过程中，需要结合实际情况来匹配相应的仪表结构，如某个加速计设计参数为5个G，那么在实际设计中，仪表中的计标度参数就需要控制在1.2mA/G到1.3mA/G，那么相匹配的开关恒源电流维持在8mA左右就可以满足实用要求。而且开关电路在设计过程中，也需要满足较高的增益性，同时带宽也需要满足实际的应用要求，从而可以为采集电路的稳定工作提供良好的输出保护，以此来维持开关电路工作状态的稳定性[4]。

2.8系统软件设计

在系统软件设计中，需要注意以下几点内容：第一，外设驱动程序设计，结合AD7609芯片的应用特点，在驱动程序的设计中，一般都会选择嵌入式驱动程度，即将程序关联在电路接口当中，同时对于硬件系统内容进行屏蔽，使程序可以无差别下达指令，提高加速计计量过程的稳定性。第二，系统任务设计，针对加速计的不同结构，在设计过程中，会提供相应的任务程序，使工作过程能够变得更加具备针对性，以此来提高系统工作状态的稳定性[5]。

结束语

综上所述，石英挠性加速度计在生产生活中具备较大的应用优势，现阶段已经在很多领域得到了通过。通过将AD7609芯片融入到加速计采集电路设计当中，对于进一步提升测量结果分辨率、精准度有着积极地意义。

参考文献

[1]田兴，李天赐，李海兵，王晓东.超高分辨率石英挠性加速度计设计研究[J].新技术新工艺，2020（04）：21-25.

[2]陈大洋，李章承，唐立军，贺慧勇.全数字闭环石英挠性加速度计系统校正与仿真[J].电子测试，2020（06）：20-23.

[3]郝鹏，张伟，陈锐.高精度石英加速度计采集电路设计[J].传感技术学报，2017，30（05）：678-683.

[4]李锦明，李娜娜，马游春.基于高精度A/D的石英挠性加速度计数据采集的设计[J].仪表技术与传感器，2017（02）：22-24.

[5]高雅彪，毛伟玲，李醒飞.石英挠性摆式加速度计闭环检测电路设计[J].电子技术应用，2017，38（02）：70-72+76.

作者简介：王浩（1984—），男，汉族，职称：助理工程师，

江苏省溧阳市，单位：浙江航天润博测控技术有限公司，

研究方向：光纤陀螺的研发和设计。