基于AD7609的石英撓性加速度計采集電路設計

王浩 程文明 張國財

摘要：本文針對AD7609芯片和石英撓性加速度計相關內容展開論述，通過研究轉換電路的選擇、設備接口電路設計、移相電路設計、乘法器設計、低通濾波電路設計、驅動電路設計、開關電路設計、系統軟件設計等內容，其目的在于提升采集電路設計內容的合理性，提高加速計的應用性能。

關鍵詞：AD7609芯片;石英撓性加速度計;移相電路;乘法器

加速度計現已廣泛應用在航空航天、航海導航、武器系統制導等環節當中，在分支體系當中，石英撓性加速度計因結構簡單、精準度高等優勢，目前也得到了不斷推廣。基于AD7609芯片展開石英撓性加速度計采集電路設計，可以對原有電路運行情況進行優化處理，使其能夠轉換為穩定電流輸出，從而提高電路信息傳遞的時效性和可靠性。

1相關內容概述

1.1AD7609芯片

AD7609芯片是AD公司出品的一款AD轉換器，該轉換器可以將接收到的輸入信號，直接轉換為數字信號對外輸出，及時輸入信號較弱，也可以準確的實現信號轉化和輸出。同時芯片內的可編程放大器，能夠對輸入信號進行增益處理，同時根據內部的寄存器對濾波時間進行調整，以此來提高系統本身的更新頻率。同時在應用中的+3V電源和1MHz主時鐘時，AD7609芯片的功耗只有1mW，具備較高的節能性，是非常便利的法分布式數據采集系統。

1.2石英撓性加速度計

石英撓性加速度計是指采用撓性支承的擺式加速度計。擺組件用兩根撓性桿與儀表殼體連接。撓性桿繞輸出軸的彎曲剛度很低，而其他方向的剛度很高。它的基本工作原理與液浮擺式加速度計類似。這種系統有一高增益的伺服放大器，使擺組件始終工作在零位附近。這樣撓性桿的彎曲很小，引入的彈性力矩也微小，因此儀表能達到很高的精度。這類加速度計有充油式和干式兩種。充油式的內部充以高粘性液體作為阻尼液體，可改善儀表動態特性和提高抗振動、抗沖擊能力。干式加速度計采用電磁阻尼或空氣膜阻尼，便于小型化、降低成本和縮短啟動時間，但精度比充油式低。

2基于AD7609的石英撓性加速度計采集電路設計要點

2.1轉換電路的選擇

進行石英撓性加速度計設計時，模數轉換器的選擇是采集電路設計的關鍵，模數轉換器的精度直接影響系統的精度。轉換器的選擇主要考慮以下幾個因素：（1）輸入電壓，為確保加速計正常工作，直接輸出電壓應控制在-10V到+10V之間;（2）分辨率，這也是決定加速計顯示結果精細度的重要保障，基于AD7609芯片，其分辨率需要達到18位才能滿足要求;（3）精度，影響精度的因素包括系統誤差和偶然誤差兩種，這也是選擇時需要注意的內容之一;（4）轉換時間，即ADC完成一次轉換所需要的時間。一般情況下，毫米級屬于低速，微秒級屬于中速，而納秒級的屬于高速，結合實際情況匹配相應參數，提升加速計的可靠性。

2.2設備接口電路設計

進行設備接口電路設計也屬于重要的應用內容之一，為提升數據信息串聯的針對性和有效性，在實際應用中，采用了同步串行接口，該接口的應用優勢在于，能夠對給定總線上的多個互聯設備進行額信息處理。這樣在數據信息傳遞的過程中，可以同時進行多組數據信息的交互，即主機向從機傳遞信息的同時，其他的主機也可以完成字節數據傳遞，以此來提高轉換信號的應用價值。同時該接口還能夠根據實際需求進行初始化調整，從而提高設備接口電路數據傳遞的有效性。

2.3移相電路設計

集合以往設計經驗可以得知，載波激勵信號在電路中傳輸時，會受到差動電容的影響，而出現相角偏移的情況，這樣也會降低電路對外輸出時的幅值，影響到信號的傳輸功率。對此在移相電路設計的過程中，可以將移動相器電路的增益值提前設定為1，隨后將放大器設計為AD公司的AD7609芯片自運算放大器，之前已經簡單提到該芯片的應用優勢，這樣能夠滿足移相電路的正常運行需求，具備較強的實用價值。

2.4乘法器設計

在對乘法器進行選擇設計時，需要選擇線性度良好、失真度較低的系統，這樣可以滿足系統進行微弱信號調試的需求。AD7609芯片中國自帶的乘法器結構，其精準度相對較高，而且運行期間所產生的噪聲相對較小，而運行帶寬在10MHz到15MHz之間，這也有利于調制信號頻率地調整，并且在電路結構應用中，也可以利用正弦波來完成既定的調制任務，從而將信號調制到幾十萬赫茲，量級遠大于一般的噪聲量級，以便于濾波器進行噪音信號的清除[1]。

2.5低通濾波電路設計

在章節2.4中已經簡單提到，經過乘法器處理之后，信號可以調制到幾十萬赫茲，以便以低通濾波電路來完成干擾信號的清理。在具體設計中，可以結合AD7609芯片特性來搭配相應的濾波器結構，例如，可以在源濾波器的基礎上，增加若干電阻，使其可以增加系統總電阻，降低通過電流，形成低通濾波電路。同時集合實際情況來調整元件參數，使其增益效果可以得到顯著提升，提高采集電路的應用效果[2]。

2.6驅動電路設計

在采集電路設計中，驅動電路的主要工作便是根據電容傳遞信號，對微弱電信號進行適當的放大處理。這樣可以滿足加速度計在應用階段的動態或靜態應用指標，隨后將整個回路進行通達情況的校正，對于各分支結構的傳遞函數和阻容參數進行調整，在此過程中，可以搭配PLC技術來完成參數的校正，隨后對精密采樣電阻的安裝位置進行優化設計，使其能夠進入到正常的工作狀態[3]。

2.7開關電路設計

在開關電路的設計過程中，需要結合實際情況來匹配相應的儀表結構，如某個加速計設計參數為5個G，那么在實際設計中，儀表中的計標度參數就需要控制在1.2mA/G到1.3mA/G，那么相匹配的開關恒源電流維持在8mA左右就可以滿足實用要求。而且開關電路在設計過程中，也需要滿足較高的增益性，同時帶寬也需要滿足實際的應用要求，從而可以為采集電路的穩定工作提供良好的輸出保護，以此來維持開關電路工作狀態的穩定性[4]。

2.8系統軟件設計

在系統軟件設計中，需要注意以下幾點內容：第一，外設驅動程序設計，結合AD7609芯片的應用特點，在驅動程序的設計中，一般都會選擇嵌入式驅動程度，即將程序關聯在電路接口當中，同時對于硬件系統內容進行屏蔽，使程序可以無差別下達指令，提高加速計計量過程的穩定性。第二，系統任務設計，針對加速計的不同結構，在設計過程中，會提供相應的任務程序，使工作過程能夠變得更加具備針對性，以此來提高系統工作狀態的穩定性[5]。

結束語

綜上所述，石英撓性加速度計在生產生活中具備較大的應用優勢，現階段已經在很多領域得到了通過。通過將AD7609芯片融入到加速計采集電路設計當中，對于進一步提升測量結果分辨率、精準度有著積極地意義。

參考文獻

[1]田興，李天賜，李海兵，王曉東.超高分辨率石英撓性加速度計設計研究[J].新技術新工藝，2020（04）：21-25.

[2]陳大洋，李章承，唐立軍，賀慧勇.全數字閉環石英撓性加速度計系統校正與仿真[J].電子測試，2020（06）：20-23.

[3]郝鵬，張偉，陳銳.高精度石英加速度計采集電路設計[J].傳感技術學報，2017，30（05）：678-683.

[4]李錦明，李娜娜，馬游春.基于高精度A/D的石英撓性加速度計數據采集的設計[J].儀表技術與傳感器，2017（02）：22-24.

[5]高雅彪，毛偉玲，李醒飛.石英撓性擺式加速度計閉環檢測電路設計[J].電子技術應用，2017，38（02）：70-72+76.

作者簡介：王浩（1984—），男，漢族，職稱：助理工程師，

江蘇省溧陽市，單位：浙江航天潤博測控技術有限公司，

研究方向：光纖陀螺的研發和設計。