高精度加速度计A/D转换电路的温漂补偿

　　0 概 述

　　惯性器件的误差是惯性系统的主要误差源，加速度计是惯性系统的核心部件之一，选用高精度的加速度计能够有效地提高惯性系统的测量精度。现代惯性系统中导航计算通常采用高性能的数字计算机，因此获取的加速度计信息必须转换为数字信号才能为导航系统所用[1]。国内许多惯性系统采用 I/F 转换，这种电路工作稳定可靠、精度高，其技术状态已经比较成熟。与 I/F 转换相比，A/D 转换具有体积小、动态范围大和成本低等特点。目前，选用高分辨率的 A/D 芯片对加速度计输出进行 A/D 转换得到了广泛应用。然而，高分辨率的 A/D 转换芯片的输出精度受温度漂移、线性度等因素的影响较大，在系统应用中必须加以补偿。本文主要研究 A/D 转换电路温度变化对静态加速度计输出的影响和补偿。

　　1 温度对加速度计 A/D 转换电路影响的分析

　　石英挠性加速度计采用电流输出方式，其输出电流信号通过精密采样电阻转换为模拟电压信号iV ，iV 通过高分辨率的 A/D 转换芯片进行 A/D 转换。A/D 转换器的基本原理是采用测量和比较两个积分的时间[2]：一个是对模拟输入电压iV 积分的时间0T ，这个时间往往是固定的;另一个是以充电后的电压为初值，对参考电压fVRe进行反向积分，积分电容被放电至零所需的时间1T 。由 ADC 工作原理可知,

　　参考电压RefV 、积分时间0T 固定，而放电时间1T 可以由计数器得到，因而可以计算出模拟输入电压iV 的大小，即可测出加速度计的输出。

　　本文以某型号石英挠性加速度计为例研究加速度计 A/D 转换电路的温漂补偿问题。该加速度计的标称指标为510 g 。系统中三个正交安装的加速度计采用三通道并行数字读出方案，选用 20 位的 A/D 转换芯片，三个 A/D 芯片共用一个参考电压源，加速度计输出分别通过精密采样电阻转换为电压信号连接到 A/D 芯片的输入端。每个 A/D 芯片上都安装了数字式温度传感器，该温度传感器在-10℃和+85℃之间的测量精度为±0.5℃。

　　精密采样电阻、A/D 转换芯片和参考电压源RefV 的温度漂移系数分别为 1×10-5、3×10-6、1×10-4。

　　采样电阻和 A/D 转换芯片的温度漂移都在加速度计测量精度允许的范围内，引起加速度计输出产生较大偏移的原因是参考电压RefV 的温漂系数过大。参考电压源温漂系数如图 1 所示，在系统工作温度范围内，参考电压变化和温度变化近似成线性关系。

　　由式(1)及图1可以看出，当A/D转换电路的温度升高时，RefV 减小，测量到的 A/D 转换芯片输入电压iV 比真值iV 小，且iV 和 A/D 转换器温度变化成线性关系。因此当 A/D 转换电路温度升高时，测量到的加速度计输出比真实输入偏小，且与温度成线性关系。