基于一体化封装的小尺寸光纤陀螺信号处理电路

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，具体涉及基于一体化封装的小尺寸光纤陀螺信号处理电路。

背景技术

光纤陀螺是惯性导航系统的重要部件，主要由光路和信号处理电路两部分组成。在传统的设计中，信号处理电路目的是把光纤陀螺的电压信号转换为频率信号。信号处理电路通常采用分离的塑封或陶封器件进行设计，这种设计往往效率低、成本高，并且占用空间较大，容易造成信号串扰以及损耗，阻碍了光纤陀螺的小型化，从而限制了光纤陀螺的应用领域。

发明内容

为了解决上述传统信号处理电路效率低、成本高、占用空间较大的问题，本发明提供一种基于一体化封装的小尺寸光纤陀螺信号处理电路。

一种基于一体化封装的小尺寸光纤陀螺信号处理电路，包括：信号采集单元、输出驱动单元以及RS-422/485通讯接口单元；所有单元使用裸芯片，且各个单元独立工作，互不干扰，信号采集单元、输出驱动单元以及RS-422/485通讯接口单元均封装于同一个腔体内，实现一体化封装。

进一步的，腔体底座内部的布线方式为多层布线，用于电气连接，实现多器件、多芯片的一体化封装，布线尺寸为14.60±0.20mm×14.60±0.20mm×2.5±0.25mm。

进一步的，所述信号采集单元主要用于光纤陀螺系统光电探测器信号的采集和转换，采集1V

进一步的，所述信号采集单元包括差分运算放大器和模数转换器，所述差分运算放大器用于将采集的模拟信号进行放大处理；所述模数转换器用于实现1路1V

进一步的，所述输出驱动单元把16位数字信号转换为差分模拟信号，差分模拟信号输出幅度不低于8V

进一步的，所述输出驱动单元包括数模转换器和双通道运算放大器，其中，数模转换器用于实现16位数字信号转换为差分模拟信号，双通道运算放大器主要是对差分模拟信号的幅度进行调整，使得输出差分幅度在8V

进一步的，所述RS-422/485通讯接口收发单元包括1路RS-422/485接口接收单元和1路RS-422/485接口发送单元，主要用于数据通讯。

进一步的，RS-422/485通讯接口收发单元采用RS-422/485收发芯片进行设计，实现1路RS-422/485收发功能。

进一步的，小尺寸光纤陀螺信号处理电路中所选用的电子元器件均满足-55℃～125℃军用使用环境。

进一步的，所述腔体为陶瓷腔体，实现一体化封装采用高温共烧陶瓷工艺实现。

本发明的有益效果：

1.本发明的光纤陀螺信号处理电路采用集成化设计，光纤陀螺信号处理电路所需的信号采集功能、输出驱动功能、RS-422/485接口功能集成在同一个封装内实现，应用简单，提高光纤陀螺设计效率，降低成本；

2.本发明的光纤陀螺信号处理电路采用高密度设计，内部全部采用裸芯片设计，大大提高了集成密度，采用一体化封装，内部无需单独的基板，减小封装尺寸；

3.本发明的光纤陀螺信号处理电路中所有使用的器件均满足军用要求，电路达到GJB2438A-2002《混合集成电路通用规范》中的H级标准军用质量等级。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

图1显示为本发明提供的一种基于多功能电路结构示意图；

图2显示为本发明提供的一种基于一体化封装的多功能电路封装结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提供一种基于小尺寸光纤陀螺信号处理电路的结构示意图，包括：信号采集单元、输出驱动单元以及RS-422/485通讯接口单元；各个单元独立工作，互不干扰，信号采集单元、输出驱动单元以及RS-422/485通讯接口单元均封装于同一个陶瓷腔体内，实现一体化封装。

在本实施例中，腔体底座内部的布线方式为多层布线，用于各个单元独立的电气连接，实现多器件、多芯片的一体化封装，该方法大大减小了电路的封装尺寸。

进一步的，在一个优选实施例中，电路的布局布线采用5层布线，其中，信号层、电源层和地层均独立开，并且在信号层之间使用地层进行隔离，减小信号串扰。各个相邻芯片间的信号就近布线，在减小封装尺寸的同时，也降低了长距走线带来的干扰。

进一步的，在一个优选实施例中，腔体底座内部的布线尺寸为14.60±0.20mm×14.60±0.20mm×2.5±0.25mm。

在本实施例中，上述小尺寸光纤陀螺信号处理电路中各个电子元器件均选用裸芯片，电阻和电容均选用0402封装的片式元件，不仅可减少封装体积。

同时，上述小尺寸光纤陀螺信号处理电路中所选用的电子元器件均能够满足军用使用环境，即满足军温使用范围-55℃～125℃的要求，扩大了多功能电路的使用场景，便于推广应用。

在本实施例中，所述信号采集单元主要用于光纤陀螺系统光电探测器信号的采集和转换，采集1V

进一步的，所述信号采集单元包括差分运算放大器和模数转换器，所述差分运算放大器用于将采集的模拟信号进行放大处理；所述模数转换器用于实现1路1V

具体地，所述信号采集单元可以采用一颗差分运算放大器芯片和一颗模数转换器芯片进行设计。

在本实施例中，所述输出驱动单元把16位数字信号转换为差分模拟信号，差分模拟信号输出幅度不低于8V

进一步的，所述输出驱动单元包括数模转换器和双通道运算放大器，其中，数模转换器用于实现16位数字信号转换为差分模拟信号，双通道运算放大器主要是对差分模拟信号的幅度进行调整，使得输出差分幅度在8V

具体地，所述输出驱动单元可以采用采用一颗数模转换器芯片和一颗双通道运算放大器芯片进行设计。

在本实施例中，所述RS-422/485通讯接口收发单元包括1路RS-422/485接口接收单元和1路RS-422/485接口发送单元，主要用于与外部设备的数据通讯。

优选的，RS-422/485通讯接口收发单元采用RS-422/485收发芯片进行设计，实现1路RS-422/485收发功能。

在一个优选实施例中，信号采集单元和输出驱动单元采用±5V和3.3V供电，RS-422通讯接口单元采用3.3V供电。

在一个优选实施例中，为各个电源引脚提供适当的旁路电容，优选旁路电容为10μF或0.1μF中的一种或多种的组合，以保证多功能电路的正常工作。

在本实施例中，一体化封装各个电子元器件采用高温共烧陶瓷工艺。

如图2所示为本发明提供的一种基于一体化封装的多功能电路封装结构示意图，详述如下：本实施例提供的一种用于一体化封装所述小尺寸光纤陀螺信号处理电路的单腔体，单腔体整体尺寸为14.60±0.20mm×14.60±0.20mm，其中包含3个功能单元，分别为：U1为信号采集单元，U2为输出驱动单元，U3为RS-42/4852通讯接口单元。

本发明采用一体化封装，设计单腔体多层布线集成多个元器件，将所述信号采集单元、输出驱动单元以及RS-422/485通讯接口单元封装集成于同一个腔体之内，相对于现有的分立器件结构，提高了光纤陀螺系统集成度，在集成光纤陀螺系统需要的多种功能的同时，极大减少了电路封装的尺寸；此外，本发明应用简单，可以提高设计效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值；并且能够满足GJB2438A-2002《混合集成电路通用规范》中的H级标准军用质量等级的要求。

当介绍本申请的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。