[发明专利]一种多速率可调节采样率频率的测量ASIC芯片

说明书

本发明公开了一种多速率可调节采样率频率测量ASIC芯片，包括：周期计数模块，用于将被测硅微谐振式加速度计的模拟振荡信号F同步到晶振提供的基准时钟clk，用基准时钟对同步后的模拟振荡信号进行计数后输出计数值N；非线性补偿模块，用于将计数值N转化为和频率的平方成正比的定点数M，然后和输入振荡信号F对齐，后输出对齐后的定点数Dout；任意采样率调节模块，用于调节输出定点数Dout的采样率，实现任意采样率的输出最终的定点值Dout3；数字接口模块，用于和上位机通信，包括配置寄存器和将数据输出到上位机。本发明能够实现硅微谐振式加速度计数字化输出，解决了硅微谐振式加速度计输出非线性的问题。

技术领域

本发明涉及数字信号处理与硬件编程领域，涉及一种对频率测量算法在专用集成电路上的实现，具体涉及一种多速率可调节采样率频率的测量ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)芯片。

背景技术

频率是最基本的物理量之一，尤其在电子技术和数字信号处理领域中，因频率信号的高抗干扰性和传输方便的优点，以频率为输出量的传感器在航天航空、导航、卫星定位、反导系统等多领域不断兴起，低功耗高精度的测频方法成为了各国专家研究热点。对振荡信号的频率测量方法主要有锁相环法、计数法和微分法。(1)2000年韩国三星电子提出了一种基于锁相环的测频电路，利用压控振荡器控制信号与频率成正比的特性实现频率识别(朴贤洙，沈载晟，元容光。检测数字锁相环频率的方法。公开号：CN1171386C)。锁相环测频法优点是灵敏度高、精度高，缺点是锁相环是一个闭环系统，在大带宽信号测试时会出现失锁现象，锁相环测频不具有良好的稳定性；(2)2014年南京理工大学提出的一种基于微分测频算法实现测频的方法(夏国明，林晨，施芹，裘安萍，苏岩，丁衡高。一种基于数字信号处理器平台的微分测频系统。公开号:CN204330882U)。微分测频方法优点是不需要额外的基准时钟，抗噪性强，稳定性好，缺点是功耗比较大，不能集成。(3)2012年浙江大学提出了一种基于计数器的测频电路(王睿。一种多功能高精度数字频率计。公开号：CN202362380U)。优点是结构简单，功耗低，缺点是和谐振式加速度计匹配度不高，输出非线性较大，精度也达不到要求。综上所述，上述测频方法都有各自的优劣特性，难以适应硅微谐振式加速度计低功耗高精度大带宽的频率读取要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多速率可调节采样率频率的测量ASIC芯片，以实现硅微谐振式加速度计数字化输出具有sigma-delta噪声调制效果、输出采样率可任意调节、对以频率表征加速度信号均值无误差。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种多速率可调节采样率频率测量ASIC芯片，包括：

周期计数模块，用于将被测硅微谐振式加速度计的模拟振荡信号F同步到晶振提供的基准时钟clk，输出同步后方波信号F1，用基准时钟对同步后方波信号F1进行计数后输出计数值N；

非线性补偿模块，用于将计数值N转化为和频率的平方成正比的定点数M，然后和同步后方波信号F1对齐，后输出对齐后的定点数Dout；

任意采样率调节模块，用于调节输出Dout的采样率，实现任意采样率的输出最终的定点值Dout3；

数字接口模块，用于和上位机通信，包括配置寄存器和将数据输出到上位机。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本测频方法有着一阶sigma-delta噪声调制原理，大大抑制输出频率中低频量化噪声，实现了在0.1Hz～1Hz带宽内噪声水平0.1mHz/rtHz；

(2)通过非线性补偿模块，使输出数据正比于频率的平方，保证了以频率表征加速度信号均值无误差；

(3)通过采样率可调节模块，实现了多采样率输出，满足了不同的使用场景；