(最大0. 5mV)，很低的溫度漂 移(最大15mV/°C )，很高的輸入阻抗（I X IO13 Ω )等特性，這些性能參數(shù)使微電流測量受溫 度影響較小，提高了測量精度。
[0021] 所述的多路開關(guān)器件HI-509是串聯(lián)在電流-電壓轉(zhuǎn)換電路Ca的反饋網(wǎng)絡(luò)中的， 由于其導(dǎo)通阻抗及導(dǎo)通漏電流的存在必然對電流-電壓轉(zhuǎn)換造成測量誤差，同樣，運放器 件AD549S自身漏電流和偏置電壓也會帶來測量誤差。綜合分析，該電流-電壓轉(zhuǎn)換電路Ca 的輸出結(jié)果與精確值V s存在一個誤差電壓I。此時，電流-電壓轉(zhuǎn)換電路Ca的轉(zhuǎn)換關(guān)系 式可表述如下：
[0022] V01 = Vs+Vr 公式（5-1)
[0023] 因此在測量電路中，必須消除電流-電壓轉(zhuǎn)換電路Ca中產(chǎn)生的誤差電壓L從而 得到電流-電壓轉(zhuǎn)換的精確值V s。在本測量電路中采用差分電路消除誤差電壓Vp
[0024] 如圖2所示，所述的差分電路Cb包括運放器件AD549S、多路開關(guān)器件HI-509和 差分運算放大器INAl 17SM，其輸出電壓為Vtj2。差分電路Cb中的多路開關(guān)器件HI-509具有 與電流-電壓轉(zhuǎn)換電路Ca相同阻值的三個反饋電阻，即R bn=Ran，其中η = 1、2、3。所述的 運放器件AD549S和多路開關(guān)器件HI-509將電流信號產(chǎn)生的漏電流轉(zhuǎn)換成誤差電壓；其中， 電阻R bn的選擇與電流-電壓轉(zhuǎn)換電路Ca同步，即：如果電流信號選通電流-電壓轉(zhuǎn)換電路 Ca中的反饋電阻Ral，該電流信號產(chǎn)生的漏電流選通差分電路Cb中的反饋電阻R bl，以此類 推。
[0025] 因此，在確保元運放器件AD549S和多路開關(guān)器件HI-509為同一批次器件的條件 下，其誤差系數(shù)相同，此時差分電路Cb的輸出電壓V t52等效于電流-電壓轉(zhuǎn)換電路Ca的誤 差電壓I，即
[0026] V02 = Vr 公式（5-2)
[0027] 差分電路Cb的關(guān)鍵器件就是差分運算放大器INA117SM，該器件具有很高的共模 輸入電壓(最大±200V)和共模抑制比（80dB)，且具有很高的輸入電壓保護(hù)范圍（共模電壓 ±500V、差模電壓±500V)。該器件增益為1，具有很低的增益誤差(最大0. 05%)和極低的 非線性誤差(最大0. 001%)。這些特性指標(biāo)是滿足微電流高精度線性測量要求的必要條件。
[0028] 如圖2所示，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換電路Ca的輸出電壓Vtjl連接到差分運算放大器 INAl 17SM的負(fù)輸入端，差分電路Cb的輸出電壓Vtj2連接到差分運算放大器INAl 17SM的正輸 入端。所述的差分運算放大器INAl 17SM將從接收到的電壓信號Vtj2中刪除誤差電壓Vtjl得 到線性輸出電壓V。，得到差分運算放大器INAl 17SM的輸出電壓關(guān)系式為，
[0029] V0 = V02-V01 公式（5-3)
[0030] 將公式（5-1)、（5-2)、（5-3)代入公式（5-4)，得到
[0031] V0 = Vr-(VVr) = IAn 公式（5-5)
[0032] 式中，n=l、2、3。
[0033] 根據(jù)上述計算公式獲得的線性輸出電壓V。，將其輸出至多級增益的自動調(diào)整電 路。在本實施例中，所述的多級增益的自動調(diào)整電路包括16位ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器件和FPGA 邏輯控制器件。首先，F(xiàn)PGA邏輯控制器件通過控制16位ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器件采集線性輸出 電壓V。，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號；在完成每次數(shù)據(jù)采集后，F(xiàn)PGA邏輯控制器件實時對采樣 至I撤數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)設(shè)的閾值比對，當(dāng)采樣數(shù)據(jù)超過設(shè)定的閾值時，根據(jù)閾值比對的結(jié)果，選擇 相應(yīng)的量程信號A0、A1、A2或A3的輸出值，即控制多路開關(guān)器件HI-509選擇相應(yīng)增益電阻 R al、Ra2或Ra3。所述的量程信號的輸出值與增益電阻選擇關(guān)系如表1所示：
[0034] 表1量程信號與增益電阻選擇關(guān)系表
[0035]
【主權(quán)項】
1. 一種用于微小電流的線性測量電路，其特征在于，所述的線性測量電路包括：電 流-電壓轉(zhuǎn)換電路、差分電路和多級增益的自動調(diào)整電路；所述的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路用于 將電流信號按不同的電流范圍分多路輸入并轉(zhuǎn)換成電壓信號，將該電壓信號輸出至差分電 路；所述的差分電路用于將電流信號產(chǎn)生的漏電流轉(zhuǎn)換成誤差電壓，并從接收到的電壓信 號中刪除該誤差電壓得到線性輸出電壓，將該線性輸出電壓輸出至多級增益的自動調(diào)整電 路；所述的多級增益的自動調(diào)整電路用于將輸入的線性輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，并將 數(shù)字量信號與預(yù)設(shè)的閾值比對后確定量程信號的輸出值，將該輸出值反饋至電流-電壓轉(zhuǎn) 換電路選擇與其對應(yīng)的增益電阻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微小電流的線性測量電路，其特征在于，所述的電流-電 壓轉(zhuǎn)換電路包括運放器件AD549S和多路開關(guān)器件HI-509,該多路開關(guān)器件HI-509包括三 個并聯(lián)電路，三個阻值分別為10KQ、1MQ和100MQ的電阻對應(yīng)連接在所述的三個并聯(lián)電 路上，該電流-電壓轉(zhuǎn)換電路將輸入的電流信號按不同的電流范圍分三個并聯(lián)電路輸入， 并通過運放器件AD549S及多路開關(guān)器件HI-509轉(zhuǎn)換成電壓信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微小電流的線性測量電路，其特征在于，所述的差分電 路包括運放器件AD549S、多路開關(guān)器件HI-509和差分運算放大器INA117SM，所述的運放器 件AD549S和多路開關(guān)器件HI-509用于將電流信號產(chǎn)生的漏電流轉(zhuǎn)換成誤差電壓，所述的 差分運算放大器INA117SM將從接收到的電壓信號中刪除該誤差電壓得到線性輸出電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于微小電流的線性測量電路，其特征在于，所述的多級增 益的自動調(diào)整電路包括16位ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器件和FPGA邏輯控制器件，所述的16位ADC數(shù) 模轉(zhuǎn)換器件用于將輸入的線性輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，所述的FPGA邏輯控制器件將 數(shù)字量信號與預(yù)設(shè)的閾值比對后確定量程信號的輸出值，將該輸出值反饋至電流-電壓轉(zhuǎn) 換電路中的多路開關(guān)器件HI-509選擇對應(yīng)的增益電阻。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于微小電流的線性測量電路，所述的線性測量電路包括：電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、差分電路和多級增益的自動調(diào)整電路；所述的差分電路用于將電流信號產(chǎn)生的漏電流轉(zhuǎn)換成誤差電壓，并從接收到的電壓信號中刪除該誤差電壓得到線性輸出電壓，將該線性輸出電壓輸出至多級增益的自動調(diào)整電路；所述的多級增益的自動調(diào)整電路用于將輸入的線性輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，并將數(shù)字量信號與預(yù)設(shè)的閾值比對后確定量程信號的輸出值，將該輸出值反饋至電流-電壓轉(zhuǎn)換電路選擇與其對應(yīng)的增益電阻。利用該線性測量電路，能夠?qū)崿F(xiàn)微小電流全動態(tài)范圍的線性測量，同時能夠滿足微小電流在測量范圍兩端時的高精度測量。
【IPC分類】G01R19-25
【公開號】CN104678161
【申請?zhí)枴緾N201310634285
【發(fā)明人】劉超, 關(guān)燚炳, 張愛兵, 朱光武, 孫越強, 梁金寶, 孔令高, 鄭香脂, 丁建京, 田崢
【申請人】中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月29日