CN103560760A - 放大电路以及测量装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种放大电路以及测量装置。放大电路包括：差分输入级，其具有第一输入端子，第二输入端子以及中间节点，其中所述差分输入级用于响应于所述第一和第二输入端子之间的输入电压差而生成流过所述中间节点的差分电流；第一电流源，其耦接到所述中间节点，并用于提供第一偏置电流，所述第一偏置电流允许所述差分电流在预定范围内变化；输出端子，其耦接到所述中间节点；以及第二电流源，其耦接到所述中间节点，并用于提供第二偏置电流，所述第二偏置电流补偿所述差分电流与所述第一偏置电流，并生成以预定方向流过所述输出端子的输出电流。

Description

放大电路以及测量装置
技术领域
本申请涉及电子测量技术领域，更具体地，涉及一种放大电路以及采用放大电路的测量装置。
背景技术
各种用于测量电参数(例如电压、电流及阻抗)的测量装置被广泛应用于工业生产和日常生活中。万用表即是一种典型的电参数测量装置，其主要可以测量交流或直流电压、电流及阻抗。典型的万用表通常包括一对测试线，每一测试线的一端被连接到待测设备或器件，而另一端则被插入万用表面板的相应插孔，从而将该待测设备与万用表内部的测量电路电连接。
典型的万用表通常采用单端放大器来作为其内部测量电路的预放大器(Preamp)使用。为了测量待测电压，万用表必须进行两次检测，即高边检测和低边检测，以获得对应读数，并基于该对应读数来计算并表示待测电压值。高边、低边检测可以减少测量电路中放大器的失调电压对测量结果的干扰。进一步地，当高精度万用表被用于测量阻抗时，为了准确地测量待测设备的阻抗，万用表必须进行四次检测，即对待测设备施加流向相反的两个激励电流，并分别获得与这两个测试电流相对应的高边检测读数与低边检测读数。其中，相反的激励电流可以减少测量电路的信号链路中的热电势噪声或低频噪声(例如失调电压引起的噪声)。但是这种测量方式较为复杂。
发明内容
因此，本申请的一个目的在于提供一种高精度测量电路。
在本申请的一个方面公开了一种放大电路。该放大电路包括：差分输入级，其具有第一输入端子，第二输入端子以及中间节点，其中所述差分输入级用于响应于所述第一和第二输入端子之间的输入电压差而生成流过所述中间节点的差分电流；第一电流源，其耦接到所述中间节点，并用于提供第一偏置电流，所述第一偏置电流允许所述差分电流在预定范围内变化；输出端子，其耦接到所述中间节点；以及第二电流源，其耦接到所述中间节点，并用于提供第二偏置电流，所述第二偏置电流补偿所述差分电流与所述第一偏置电流，并生成以预定方向流过所述输出端子的输出电流。
对于测量电路的某些后级电路，例如模数转换器而言，其可能需要具有单向输出电流的放大电路来提供预放大的信号，本申请的放大电路即可以满足上述应用需求。此外，本申请的放大电路可以采用差分放大器作为高精度万用表测量电路的预放大器使用，以在一次读数中同时测量高边输入与低边输入下待测设备上电压信号的差值。当高精度万用表使用双向电流来检测电阻时，采用本申请放大电路的结构能够减少测量次数。同时，该放大电路中的差分放大器具有良好的共模抑制比，因而能够有效提高测量精度。
在一个实施例中，所述差分输入级包括：第一放大器，其具有第一输入节点、第二输入节点以及第一输出节点，其中所述第一放大器的所述第一输入节点耦接到所述第一输入端子，并且所述第一放大器的第二输入节点与所述第一输出节点通过增益电阻耦接到所述中间节点；第二放大器，其具有第一输入节点、第二输入节点以及第二输出节点，其中所述第二放大器的所述第一输入节点耦接到所述第二输入端子，并且所述第二放大器的所述第二输入节点耦接到所述中间节点；以及第一可变电阻，其耦接在所述中间节点与所述输出端子之间，并且具有耦接到所述第二输出节点的控制端。
上述差分输入级不需要采用多个阻值精确匹配的电阻来构成差分放大电路，这可以减少因选取高精度电阻来带来的制造成本上升，同时也避免了因电阻不能精确匹配来引起的测量精度降低问题。
在一个实施例中，所述第一可变电阻是场效应晶体管。
在一个实施例中，所述第一可变电阻是P型MOS场效应晶体管。
在一个实施例中，两个或更多个增益电阻被可选择地耦接在所述第一放大器的所述第一输出节点与所述中间节点之间，以调节所述差分输入级的增益。
在一个实施例中，所述第二电流源包括：电流镜，其具有电流输入节点、公共节点以及电流输出节点，其中所述电流输出节点耦接到所述中间节点，并且所述电流镜用于响应于在所述电流输入节点接收的参考电流生成第二偏置电流，并且将所述第二偏置电流提供给所述电流输出节点；第三放大器，其具有第一输入节点、第二输入节点以及第三输出节点，其中，所述第三放大器的所述第一输入节点耦接到所述电流输入节点，并且所述第三放大器的所述第二输入节点耦接到所述电流输出节点；以及第二可变电阻，其耦接在所述电流输出节点与所述输出端子之间，并具有耦接到所述第三输出节点的控制端。
在一个实施例中，所述电流镜进一步包括耦接在所述电流输入节点与所述公共节点之间的第一电阻，以及耦接在所述电流输出节点与所述公共节点之间的第二电阻。
在一个实施例中，所述第二可变电阻是场效应晶体管。
在一个实施例中，所述第二可变电阻是N型场效应晶体管，例如N型结型场效应晶体管或N型MOS场效应晶体管。
在一个实施例中，所述差分电流的预定变化范围满足下述表达式：
|Id|≤|gVIN,max|
其中，Id表示所述差分电流，g表示所述差分输入级的增益，VIN,max表示所述差分输入级的所述输入电压差的最大幅值。
在一个实施例中，所述第一偏置电流满足下述表达式：
|IREF1|≥|gVIN,max|
其中，IREF1表示所述第一偏置电流，g表示所述差分输入级的增益，VIN,max表示所述差分输入级的所述输入电压差的最大幅值。
在一个实施例中，所述第一偏置电流和所述第二偏置电流满足下述表达式：
|IREF2|≥|gVIN,max|+|IREF1|
其中，IREF2表示所述第二偏置电流。
在本申请的另一个方面，还公开了一种测量装置。该测量装置包括：差分输入级，其具有第一输入端子，第二输入端子以及中间节点，其中所述差分输入级用于响应于所述第一和第二输入端子之间的输入电压差而生成流过所述中间节点的差分电流；第一电流源，其耦接到所述中间节点，并用于提供第一偏置电流，所述第一偏置电流允许所述差分电流在预定范围内变化；输出端子，其耦接到所述中间节点；第二电流源，其耦接到所述中间节点，并用于提供第二偏置电流，所述第二偏置电流补偿所述差分电流与所述第一偏置电流，并生成以预定方向流过所述输出端子的输出电流；以及模数转换器，其耦接到所述输出端子，并用于将所述输出电流转换为表示所述输入电压差的数字信号。
在一个实施例中，所述测量装置还包括：输出电阻，其耦接在所述输出端子与参考电压线之间，并用于将所述输出电流转换为输出电压；其中，所述模数转换器用于将所述输出电压转换为所述数字信号。
在一个实施例中，所述测量装置是电阻测量装置或万用表。
在一个实施例中，所述测量装置还包括：第三输入端子，其耦接到所述第一输入端子；第四输入端子，其耦接到所述第二输入端子；以及测试电流源，其用于将测试电流施加到耦接在所述第三和第四输入端子之间的受测设备上。
以上为本申请的概述，可能有简化、概括和省略细节的情况，因此本领域的技术人员应该认识到，该部分仅是示例说明性的，而不旨在以任何方式限定本申请范围。本概述部分既非旨在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非旨在用作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。
附图说明
通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，将会更加充分地清楚理解本申请内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本申请内容的若干实施方式，因此不应认为是对本申请内容范围的限定。通过采用附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。
图1示出了根据本申请一个实施例的放大电路100；
图2示出了图1所示放大电路中输出电流随输入电压差变化的示意图；
图3示出了根据本申请另一个实施例的放大电路200；
图4示出了使用本申请实施例的放大电路的测量装置300。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考了构成其一部分的附图。在附图中，类似的符号通常表示类似的组成部分，除非上下文另有说明。详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方式并非旨在限定。在不偏离本申请的主题的精神或范围的情况下，可以采用其他实施方式，并且可以做出其他变化。可以理解，可以对本文中一般性描述的、在附图中图解说明的本申请内容的各个方面进行多种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些都明确地构成本申请内容的一部分。
图1示出了根据本申请一个实施例的放大电路100。该放大电路100可以作为测量电路(例如电压测量电路或阻抗测量电路)的预放大器(preamp)使用。该放大电路100能够将双端输入的待测信号转换成单端输出的电流信号，并且该电流信号可以进一步地通过后级电路被转换为电压信号。
如图1所示，该放大电路100包括：
差分输入级101，其具有第一输入端子103、第二输入端子105以及中间节点107；该差分输入级101用于响应于第一输入端子103和第二输入端子105之间的输入电压差VIN而生成流过中间节点107的差分电流Id；
第一电流源109，其耦接到中间节点107，并用于提供第一偏置电流IREF1，该第一偏置电流IREF1流过所述中间节点107，并允许差分电流Id在预定范围内变化；
输出端子111，其耦接到中间节点107；以及
第二电流源113，其耦接到中间节点107，并用于提供第二偏置电流IREF2，该第二偏置电流IREF2补偿差分电流Id与第一偏置电流IREF1，并生成以预定方向流过输出端子111的输出电流IOUT。
在一些实施例中，差分输入级101可以采用同相并联型差动运放放大电路，该电路具有高输入阻抗与高共模抑制比，能够有效减少放大器的共模噪声对测量精度的影响。
需要说明的是，在图1所示的实施例中，第一电流源109被耦接在正向电源电压VCC与中间节点107之间，因而第一偏置电流IREF1的流向为由正向电源电压VCC流向中间节点107。同时，第二电流源113被耦接在负向电源电压VEE与中间节点107之间，因而第二偏置电流IREF2的流向为由中间节点107流向负向电源电压VEE。
经由输出端子111输出的输出电流IOUT的流向与第二偏置电流IREF2的流向相关。具体地，对于中间节点107，流入其的电流应与从其流出的电流相等。因此，在第二偏置电流IREF2的一部分补偿(也即抵消)差分电流Id与第一偏置电流IREF1之后，第二偏置电流IREF2的剩余部分应与输出电流IOUT相互抵消。由于第二偏置电流IREF2的流向为从中间节点107流向负向电源电压VEE，因此，输出电流IOUT的流向应由该放大电路100的后级电路或负载(图中未示出)流过输出端子111，进而流向中间节点107。
可以理解，在一些实施例中，第一电流源109与第二电流源113可以以不同于图1所示的连接方式耦接到参考电位线(例如正向电源电压、负向电源电压或地)。例如，第二电流源113被耦接在正向电源电压与中间节点之间，而第一电流源109被耦接在中间节点107与低于正向电源电压的参考电位(例如负向电源电压或地)之间。相应地，第一偏置电流IREF1的流向为由中间节点107流向该参考电位线，而第二偏置电流IREF2的流向为由正向电源电压流向中间节点107。在这种情况下，输出电流IOUT的流向应由中间节点107经由输出端子111流向放大电路100的后级电路或负载。
在下文中，均以如图1所示的、输出电流IOUT的流向为由放大电路100的后级电路或负载(图中未示出)经由输出端子111流入该放大电路100为例进行说明。本领域技术人员可以理解，对于具有相反流向的输出电流IOUT的放大电路100，其可以以类似的方式实现。
具体地，差分输入级101的两个输入端103及105分别耦接到受测器件(图中未示出)的两端，以采集受测器件两端的电压降VIN。所采集的输入电压差VIN被差分输入级转换为差分电流Id。差分输入级101作用为具有特定增益g的压控电流源。因此，差分电流Id满足下述等式(1)：
Id＝gVIN         (1)
可以看出，差分电流Id的电流值随着输入电压差VIN线性变化。差分电流Id的大小正比于输入电压差VIN的幅值，并且差分电流Id的流向也取决于输入电压差VIN的方向。例如，假设输入电压差VIN大于0，差分电流Id的流向为从差分输入级101经由中间节点107流向输出端子111；而当输入电压差VIN小于0时，差分电流Id的流向应与上述流向相反，也即从输出端子111经由中间节点107流入差分输入级101。
需要说明的是，差分输入级101可以是具有固定增益的电流源，其所生成的差分电流Id随输入电压差VIN在某一预定范围内线性变化。在一些实施例中，差分输入级101还可以是具有可选择的多个增益的电流源。相应地，对应于不同的增益，差分输入级101所生成的差分电流Id在不同的范围内随输入电压差VIN线性变化。增益可选择的差分输入级101能够增加输入电压差的可测量范围。
在实际应用中，差分输入级101的两个输入端103和105之间可以耦接双向电压钳位电路，例如稳压二极管或二极管对，以避免输入电压差VIN超过预定幅值而影响测量电路的性能。将输入电压差VIN的最大幅值表示为VIN,max。相应地，根据等式1，差分电流的最大幅度满足下述等式(2)：
Id,max＝gVIN,max         (2)
也即，|Id|≤|gVIN,max|。
在一些实施例中，第一电流源109提供的第一偏置电流IREF1由正向电源电压VCC流向中间节点107。在一些实施例中，差分电流的最大值Id,max应小于第一偏置电流IREF1，以保证第一偏置电流IREF1与Id,max的叠加电流以预定方向流动。换言之，差分电流Id仅被允许在第一偏置电流IREF1的范围内随输入电压差变化而变化。同时，第一偏置电流IREF1与差分电流Id的叠加电流引起在中间节点107与输出端子111之间流动的中间电流IM。由于第一偏置电流IREF1始终大于差分电流，因此，中间电流IM的流向取决于第一偏置电流IREF1的流向，其在中间节点107与输出端子111间单向流动。在本实施例中，中间电流IM的流向为由中间节点107流向输出端子111。
进一步地，中间电流IM的幅度与第一偏置电流IREF1的幅度以及差分电流Id的幅度相关。当差分电流Id的流向为由差分输入级101流出中间节点107时，其与同样流向中间节点107的第一偏置电流IREF1相叠加，并进一步地形成流向输出端子111的中间电流IM。在这种情况下，中间电流IM的幅度等于第一偏置电流IREF1的幅度以及差分电流Id的幅度的和。当差分电流Id为由中间节点107流入差分输入级101时，其与流向中间节点107的第一偏置电流IREF1的一部分相抵消，从而得到幅度小于第一偏置电流IREF1的中间电流IM。
正如前述，由于中间电流IM的流向是由中间节点107流向输出端子111，而第二偏置电流IREF2的流向则是由中间节点107流向负向电源电压VEE。因此，第二偏置电流IREF2的一部分抵消中间电流IM，而其另一部分则形成由放大电路100的后级电路或负载(图中未示出)经由输出端子111流入该放大电路100的输出电流IOUT。输出电流IOUT的幅度等于第二偏置电流IREF2的幅度与中间电流IM的幅度之差，也即，输出电流IOUT满足下述等式(2)：
IOUT=IREF2-(IREF1+gVIN)          (2)
其中，|IREF1|≥|gVIN,max|，并且|IREF2|>|IREF1|+|gVIN,max|。
图2示出了图1所示放大电路中输出电流随输入电压差变化的示意图。
如图2可以看出，当输入电压差VIN小于其最大允许幅值VIN,max时，输出电流IOUT随输入电压VIN线性变化，并且输出电流IOUT的流向保持不变。也就是说，第一偏置电流IREF1与第二偏置电流IREF2共同使得输入电压差-输出电流曲线向上(图2所示的方向)移动，并在预定变化范围内保持大于零。对于测量电路的某些后级电路，例如模数转换器而言，单向流动的输入电流可以降低其电路的复杂度，从而降低电路制造成本。此外，单端输出的电流信号也更便于后级电路的处理。例如，模数转换器通常可以采用对采样电容器进行充电的方式来实现输入采样。而图1所示放大电路100单端输出的输出电流可以直接提供给采用上述输入方式的模数转换器，从而提高了电路兼容性。
可以看出，上述放大电路100可以采用差分输入级作为高精度万用表测量电路的预放大器使用，以在一次读数中同时测量高边输入与低边输入下待测设备上电压信号的差值。当高精度万用表使用双向电流来检测电阻时，采用本申请放大电路的结构能够减少测量次数。同时，差分放大器具有良好的共模抑制比，因而能够有效提高测量精度。
图3示出了根据本发明一个实施例的放大电路200的示意图。
如图3所示，该放大电路200包括：
差分输入级201，其具有第一输入端子203、第二输入端子205以及中间节点207；该差分输入级201用于响应于第一输入端子203和第二输入端子205之间的输入电压差VIN而生成流过中间节点207的差分电流Id；
第一电流源209，其耦接到中间节点207，并用于提供第一偏置电流IREF1，该第一偏置电流IREF1流过所述中间节点207，并允许差分电流Id在预定范围内变化；
输出端子211，其耦接到中间节点207；以及
第二电流源213，其耦接到输出端子211，并用于提供第二偏置电流IREF2，该第二偏置电流IREF2补偿差分电流Id与第一偏置电流IREF1，并生成以预定方向流过输出端子211的输出电流Io。
在图3所示的实施例中，该差分输入级201包括第一放大器221、第二放大器231以及第一可变电阻239。其中，第一放大器221具有第一输入节点223、第二输入节点225以及第一输出节点227，该第一放大器221的第一输入节点223耦接到第一输入端子203，并且第一放大器221的第二输入节点225与第一输出节点227通过增益电阻229耦接到中间节点207。
第二放大器231具有第一输入节点233、第二输入节点235以及第二输出节点237，其中第二放大器231的第一输入节点233耦接到第二输入端子205，并且第二输入节点235耦接到中间节点207。在一些实施例中，第一放大器221与第二放大器231是运算放大器，第一输入节点223和233是同相输入端，而第二输入节点225和235是反相输入端。这两个运算放大器221和231被配置成具有高输入阻抗的电压跟随器，从而能够准确地采集第一输入端子203和第二输入端子205之间的输入电压差VIN。
具体地，根据运算放大器的“虚短”特性，处于负反馈工作下的理想运算放大器(输入失调电压为零)的两个输入端电压相等。因此，第一运算放大器221的第一输入节点223处的电压等于其第二输入节点225处的电压，因此，第一输入端子203的电压被转移到第一输出节点227处。同时，第二运算放大器223的第一输入节点233处的电压等于其第二输入节点235处的电压。因此，第二输入端子205的电压被转移到第二运算放大器231的第二输入节点235处，也即中间节点207处。
这样，输入电压差VIN被第一放大器221与第二放大器231转移到中间节点207(即第二放大器231的第二输入节点235)与第一放大器221的第二输入节点225之间。因此，差分输入级201的电路增益g即反比于耦接在这两个节点之间的增益电阻229的阻抗。在一些实施例中，增益电阻229可以是具有确定电阻值的一个电阻。因而差分输入级201的增益g反比于该增益电阻229的电阻值。在一些实施例中，增益电阻229可以包括两个或更多个电阻，并且这些电阻中的一个或多个可以被选择地耦接在中间节点207与第一输出节点227之间。相应地，差分输入级201的增益g反比于被选中的电阻的电阻值。可以看出，可以通过改变增益电阻229的阻抗来改变差分输入级201的增益g，从而调整差分电流Id的变化范围，也即改变图2所示的输入电压差-输出电流曲线的斜率。
第一可变电阻239耦接在中间节点207与输出端子211之间，并且其具有耦接到第二输出节点237的控制端。在一些实施例中，第一可变电阻239是单向导通的。第一可变电阻239的电阻值跟其控制端处的电压有关。在图3所示的实施例中，第一可变电阻239受控于第二放大器231在第二输出节点237处输出的电压。在一些实施例中，第一可变电阻239是压控电阻，例如场效应晶体管。在一些实施例中，第一可变电阻239是P型MOS场效应晶体管。PMOS场效应晶体管的漏电流小，并且控制特性也较好。该PMOS晶体管的源极耦接到中间节点207，漏极耦接到输出端子211，而其栅极(控制端)则耦接到第二输出节点237。在电路正常工作时，第一可变电阻239需要工作于可变电阻区。为了满足上述要求，第一偏置电流IREF1的幅度需要大于差分电流Id的最大幅度，以保证电流始终以特定方向(图3中从左至右的方向)流过第一可变电阻239。第一可变电阻239实质上作为中间节点207与输出端子211之间的电压耦合器件使用。
第一偏置电流IREF1与差分电流Id叠加后，形成流过第一可变电阻239的中间电流IM，并由第一可变电阻239输出。中间电流IM进一步地与第二偏置电流IREF2相叠加。在一些实施例中，第二电流源213包括电流镜241、第三放大器251以及第二可变电阻261。具体地，电流镜241具有电流输入节点243、公共节点245以及电流输出节点247。其中，电流输入节点243用于接收参考电流IB，该参考电流IB流过由电流输入节点243与公共节点245构成的电流镜241的第一电流路径。电流镜241进一步地基于该参考电流IB生成第二偏置电流IREF2，并提供给由公共节点245与电流输出节点247构成的电流镜241的第二电流路径。第二偏置电流IREF2然后由电流输出节点247输出。
第三放大器251具有第一输入节点253、第二输入节点255以及第三输出节点257。在一些实施例中，第三放大器251是运算放大器，第一输入节点253是同相输入端，而第二输入节点255是反相输入端。其中，第一输入节点253耦接到电流镜241的电流输入节点243，而第二输入节点255则耦接到电流镜241的电流输出节点247。由于运算放大器的“虚短”特性，这两个输入节点253与255处的电压相等，也即电流镜241的电流输入节点243与电流输出节点247的电压相等。在一些实施例中，电流镜241包括耦接在第一电流路径中的第一电阻248以及耦接在第二电流路径中的第二电阻249。这样，第二偏置电流IREF2与参考电流IB的幅度反比于第一电阻248与第二电阻249的电阻比率。在一些实施例中，第一电阻248与第二电阻249的电阻值相等。因而第二偏置电流IREF2可以与参考电流IB的幅度相等。
第三放大器251的第三输出节点257耦接到第二可变电阻261的控制端，以控制第二可变电阻261的电阻值。类似于第一可变电阻239，第二可变电阻261也可以是压控电阻，例如工作于可变电阻区的场效应晶体管。在一些实施例中，第二可变电阻261是N型场效应晶体管，例如N型结型场效应晶体管或N型MOS场效应晶体管。该N型晶体管的源极通过第一可变电阻239耦接到中间节点207，漏极则耦接到输出端子211，而其栅极(控制端)则耦接到第三输出节点257。在电路正常工作时，第二可变电阻261需要工作于可变电阻区，其实质上作为中间节点207与输出端子211之间的另一电压耦合器件使用。
在放大电路200运行中，第一输入端子203与第二输入端子205采集其间的输入电压差VIN，并将该电压差转换为差分电流Id。差分电流Id与第一偏置电流IREF1在中间节点207叠加后，以形成流过第一可变电阻239的中间电流IM。接着，中间电流IM被第二偏置电流IREF2至少部分地抵消，从而形成流过第二可变电阻261并经由输出端子211输出的输出电流IOUT。其中，该输出电流IOUT的流向不会因输入电压差VIN的幅值、方向的变化而变化。
对于上述放大电路200，其所采用的差分输入级在保证共模信号抑制的前提下，不需要采用精确匹配的电阻来提高电路增益，因而制造成本大为降低。此外，单端输出的输出电流信号适合于各种后级模数转换电路，这进一步提高了电路的兼容性。
图4示出了使用本申请实施例的放大电路的测量装置300。该测量装置300例如是万用表或者电阻检测装置。可以理解，本申请的放大电路也可以应用在其他测量装置中。
如图4所示，该测量装置300包括数字显示器304、手动可操作按钮306以及可旋转的模式选择开关308。该模式选择开关308被置于测量电流的位置。尽管测量装置300使用了数字式显示器304，但是可以理解，也可以使用其他类型的显示器，例如模拟仪表。同样地，也可以使用除按钮306以及选择开关308之外的其他选择器。一对测试线310、312分别具有插头316和318。这两个插头316和318被插入测量装置300的插孔320、322中，并分别连接放大电路340的两个输入端子。插孔324和326可以用于插入插头316或318中的一个，以配合模式选择开关308的选择来进行电流测量、电压测量或其他电参数测量。测试线310和312还分别具有第一测试表笔330和第二测试表笔332，其分别连接待测器件上的测试点336和338，以使得待测器件通过测试线310和312连接到放大电路340。这两个测试表笔用于采集待测器件测试点336与338之间的电压差。
测量装置300还包括模数转换器344，其耦接到放大电路340的输出端子，并用于将输出电流转换为表示输入电压差的数字信号。在一些实施例中，测量装置300还包括输出电阻(图中未示出)，其耦接在放大电路340的输出端子与参考电压线之间，并用于将输出电流转换为输出电压。相应地，模数转换器344可以用于将输出电压转换为表示输入端子之间输入电压差的数字信号，也即模数转换器344间接地将输出电流转换为数字信号。
在一些实施例中，测量装置300还包括：第三输入端子(图中未示出)，其耦接到所述第一输入端子；以及第四输入端子(图中未示出)，其耦接到所述第二输入端子；以及测试电流源(图中未示出)，其用于将测试电流施加到耦接在所述第三和第四输入端子之间的受测设备上。测试电流通常是已知的具有恒定幅度的电流。这样，测量装置300即可获知流过受测设备的测试电流，以及受测设备两端之间的电压差，从而可以通过这两个参数来计算确定受测设备的阻抗。所测得的阻抗值可以由模数转换器344的后级电路处理后，提供给显示器304并显示为其上的数字读数。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电路的若干模块或子模块，但是这种划分仅仅是示例性的而非强制性的。实际上，根据本申请的实施例，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。
那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (23)

1.一种放大电路，其特征在于，包括：
差分输入级，其具有第一输入端子，第二输入端子以及中间节点，其中所述差分输入级用于响应于所述第一和第二输入端子之间的输入电压差而生成流过所述中间节点的差分电流；
第一电流源，其耦接到所述中间节点，并用于提供第一偏置电流，所述第一偏置电流允许所述差分电流在预定范围内变化；
输出端子，其耦接到所述中间节点；以及
第二电流源，其耦接到所述中间节点，并用于提供第二偏置电流，所述第二偏置电流补偿所述差分电流与所述第一偏置电流，并生成以预定方向流过所述输出端子的输出电流。
2.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述差分输入级包括：
第一放大器，其具有第一输入节点、第二输入节点以及第一输出节点，其中所述第一放大器的所述第一输入节点耦接到所述第一输入端子，并且所述第一放大器的所述第二输入节点与所述第一输出节点通过增益电阻耦接到所述中间节点；
第二放大器，其具有第一输入节点、第二输入节点以及第二输出节点，其中所述第二放大器的所述第一输入节点耦接到所述第二输入端子，并且所述第二放大器的所述第二输入节点耦接到所述中间节点；以及
第一可变电阻，其耦接在所述中间节点与所述输出端子之间，并且具有耦接到所述第二输出节点的控制端。
3.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于，所述第一可变电阻是场效应晶体管。
4.根据权利要求3所述的放大电路，其特征在于，所述第一可变电阻是P型MOS场效应晶体管。
5.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于，两个或更多个增益电阻被可选择地耦接在所述第一放大器的所述第一输出节点与所述中间节点之间，以调节所述差分输入级的增益。
6.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第二电流源包括：
电流镜，其具有电流输入节点、公共节点以及电流输出节点，其中所述电流输出节点耦接到所述中间节点，并且所述电流镜用于响应于在所述电流输入节点接收的参考电流生成所述第二偏置电流，并且将所述第二偏置电流提供给所述电流输出节点；
第三放大器，其具有第一输入节点、第二输入节点以及第三输出节点，其中，所述第三放大器的所述第一输入节点耦接到所述电流输入节点，并且所述第三放大器的所述第二输入节点耦接到所述电流输出节点；以及
第二可变电阻，其耦接在所述电流输出节点与所述输出端子之间，并具有耦接到所述第三输出节点的控制端。
7.根据权利要求6所述的放大电路，其特征在于，所述电流镜进一步包括耦接在所述电流输入节点与所述公共节点之间的第一电阻，以及耦接在所述电流输出节点与所述公共节点之间的第二电阻。
8.根据权利要求6所述的放大电路，其特征在于，所述第二可变电阻是场效应晶体管。
9.根据权利要求8所述的放大电路，其特征在于，所述第二可变电阻是N型场效应晶体管。
10.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述差分电流的预定变化范围满足下述表达式：
|Id|≤|gVIN,max|
其中，Id表示所述差分电流，g表示所述差分输入级的增益，VIN,max表示所述差分输入级的所述输入电压差的最大幅值。
11.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第一偏置电流满足下述表达式：
|IREF1|≥|gVIN,max|
其中，IREF1表示所述第一偏置电流，g表示所述差分输入级的增益，VIN,max表示所述差分输入级的所述输入电压差的最大幅值。
12.根据权利要求11所述的放大电路，其特征在于，所述第一偏置电流和所述第二偏置电流满足下述表达式：
|IREF2|≥|gVIN,max|+|IREF1|
其中，IREF2表示所述第二偏置电流。
13.一种测量装置，其特征在于，包括：
差分输入级，其具有第一输入端子，第二输入端子以及中间节点，其中所述差分输入级用于响应于所述第一和第二输入端子之间的输入电压差而生成流过所述中间节点的差分电流；
第一电流源，其耦接到所述中间节点，并用于提供第一偏置电流，所述第一偏置电流允许所述差分电流在预定范围内变化；
输出端子，其耦接到所述中间节点；
第二电流源，其耦接到所述中间节点，并用于提供第二偏置电流，所述第二偏置电流补偿所述差分电流与所述第一偏置电流，并生成以预定方向流过所述输出端子的输出电流；以及
模数转换器，其耦接到所述输出端子，并用于将所述输出电流转换为表示所述输入电压差的数字信号。
14.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述差分输入级包括：
第一放大器，其具有第一输入节点、第二输入节点以及第一输出节点，其中所述第一放大器的所述第一输入节点耦接到所述第一输入端子，并且所述第一放大器的所述第二输入节点与所述第一输出节点通过增益电阻耦接到所述中间节点；
第二放大器，其具有第一输入节点、第二输入节点以及第二输出节点，其中所述第二放大器的所述第一输入节点耦接到所述第二输入端子，并且所述第二放大器的所述第二输入节点耦接到所述中间节点；以及
第一可变电阻，其耦接在所述中间节点与所述输出端子之间，并且具有耦接到所述第二输出节点的控制端。
15.根据权利要求14所述的测量装置，其特征在于，两个或更多个增益电阻被可选择地耦接在所述第一放大器的所述第一输出节点与所述中间节点之间，以调节所述差分输入级的增益。
16.根据权利要求13所述的测量装置，其特征在于，所述第二电流源包括：
电流镜，其具有电流输入节点、公共节点以及电流输出节点，其中所述电流输出节点耦接到所述中间节点，并且所述电流镜用于响应于在所述电流输入节点接收的参考电流生成所述第二偏置电流，并且将所述第二偏置电流提供给所述电流输出节点；
第三放大器，其具有第一输入节点、第二输入节点以及第三输出节点，其中，所述第三放大器的所述第一输入节点耦接到所述电流输入节点，并且所述第三放大器的所述第二输入节点耦接到所述电流输出节点；以及
第二可变电阻，其耦接在所述电流输出节点与所述输出端子之间，并具有耦接到所述第三输出节点的控制端。
17.根据权利要求16所述的测量装置，其特征在于，所述电流镜进一步包括耦接在所述电流输入节点与所述公共节点之间的第一电阻，以及耦接在所述电流输出节点与所述公共节点之间的第二电阻。
18.根据权利要求13所述的测量装置，其特征在于，所述差分电流的预定变化范围满足下述表达式：
|Id|≤|gVIN,max|
其中，Id表示所述差分电流，g表示所述差分输入级的增益，VIN,max表示所述差分输入级的所述输入电压差的最大幅值。
19.根据权利要求13所述的测量装置，其特征在于，所述第一偏置电流满足下述表达式：
|IREF1|≥|gVIN,max|
其中，IREF1表示所述第一偏置电流，g表示所述差分输入级的增益，VIN,max表示所述差分输入级的所述输入电压差的最大幅值。
20.根据权利要求19所述的测量装置，其特征在于，所述第一偏置电流和所述第二偏置电流满足下述表达式：
|IREF2|≥|gVIN,max|+|IREF1|
其中，IREF2表示所述第二偏置电流。
21.根据权利要求13所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：
输出电阻，其耦接在所述输出端子与参考电压线之间，并用于将所述输出电流转换为输出电压；
其中，所述模数转换器用于将所述输出电压转换为所述数字信号。
22.根据权利要求13所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置是电阻测量装置或万用表。
23.根据权利要求22所述的测量装置，其特征在于，还包括：
第三输入端子，其耦接到所述第一输入端子；
第四输入端子，其耦接到所述第二输入端子；以及
测试电流源，其用于将测试电流施加到耦接在所述第三和第四输入端子之间的受测设备上。
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