CN106199162A - 一种高端电流的检测电路和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高端电流的检测电路和检测方法，用以解决由于现有技术不能对基站中功放的电流进行高精度检测，使得基站不能对功放进行调压控制，从而降低基站运行效率的问题。本发明包括：与待测电阻连接的采集单元，用于对所述待测电阻两端的电压进行采集并放大，将放大后的电压转换成第一电流并输出，其中，所述待测电阻与待检测电路串联；与所述采集单元相连的检测单元，用于接收所述第一电流，并对所述第一电流进行模数转换处理，得到所述待检测电路的电流值。本发明通过对基站系统中的电流进行精确地检测，使得基站能够进行更细微、更高精度的调压控制，以确保在不同环境，不同业务需求量下，基站能够保持更高效率的运行。

Description

一种高端电流的检测电路和检测方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是指一种高端电流的检测电路和检测方法。

背景技术

随着现代无线通信技术的突飞猛进，移动通信网络也呈现出多样化和宽带化的发展趋势，通讯技术中软硬件的实时处理能力大幅提高，无线网络也从开始的一代无线通讯已经逐步演变到目前的三代、四代宽带网络，以及面向未来的超宽带5G网络，从技术上极大的满足了用户的多样化、高层次化的需求。

在用户多样化、高层次化的需求刺激下，对新一代无线通讯设备的开发也提出了更高的要求，降低主流射频配置成本，提高基站系统集成度，支持灵活多模配置，增加产品竞争力，已经成为当今通讯设备设计思路的主流，在这种高集成度、平台化、多模配置的产品开发思路下，需要通讯设备具有更高的效率、可兼容性、可扩展性及支持多模灵活配置。

目前无线基站系统主流产品，设计时充分考虑各个应用场景，将中频的发射和接收带宽尽量宽带化设计，这样就能够实现各个应用场景下的灵活配置，但基站系统在不同环境、不同业务需求量下，基站系统不能很好地对电路中的电流进行高精度检测，导致基站系统不能达到对系统中功放的调压需求，从而不能确保基站系统高效的运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高端电流的检测电路和检测方法，解决由于现有技术不能对基站中功放的电流进行高精度检测，使得基站不能对功放进行调压控制，从而降低基站运行效率的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高端电流的检测电路，包括：

与待测电阻连接的采集单元，用于对所述待测电阻两端的电压进行采集并放大，将放大后的电压转换成第一电流并输出，其中，所述待测电阻与待检测电路串联；

与所述采集单元相连的检测单元，用于接收所述第一电流，并对所述第一电流进行模数转换处理，得到所述待检测电路的电流值。

其中，上述的高端电流的检测电路，所述采集单元包括：

与所述待测电阻连接的运算放大器，用于对所述待测电阻两端的电压进行差分放大，输出第一电压信号；

与所述运算放大器连接的增益电阻，用于对所述第一电压信号进行放大，得到第二电压信号；

分别与所述增益电阻和所述运算放大器连接的金氧半场效晶体MOSFET管，用于将所述第二电压信号转换为第一电流并输出；

所述运算放大器包括：正相输入端IN+、反相输入端IN-、电源正极V+、电源负极V-以及输出端OUTPUT；

其中，所述运算放大器的正相输入端IN+与所述待测电阻的第一端VCC连接，所述运算放大器的反相输入端IN-与所述待测电阻的第二端VCC-IN连接，所述待测电阻的第二端VCC-IN与所述增益电阻的一端连接，所述增益电阻的另一端分别与所述运算放大器的电源正极V+及所述运算放大器的输出端OUTPUT连接；

所述MOSFET管的栅极与所述运算放大器的输出端OUTPUT连接，所述MOSFET管的漏极与所述检测单元连接，所述MOSFET管的源极与所述运算放大器的反相输入端IN-连接。

其中，所述运算放大器为轨至轨型运算放大器。

其中，所述检测电路还包括：

与所述运算放大器连接，用于为所述运算放大器提供稳定工作电压，使所述运算放大器工作在高共模电压模式下的稳压电路，其中，所述稳压电路的第一端与所述待测电阻的第二端VCC-IN连接，所述稳压电路的第二端与所述运算放大器的电源负极V-连接，所述稳压电路的第三端接地。

其中，所述稳压电路包括：稳压电阻、稳压管VD1、第一电容C1以及第二电容C2；

其中，所述稳压管VD1的阴极与所述待测电阻的第二端VCC-IN连接，所述稳压管VD1的阳极与所述运算放大器的电源负极V-连接；

所述稳压电阻的一端分别与所述稳压管VD1的阳极和所述运算放大器的电源负极V-连接，所述稳压电阻的另一端接地；

所述第一电容C1以及所述第二电容C2均与所述稳压管VD1并联。

其中，所述检测单元包括：

负载电阻；

与所述负载电阻连接的模数转换芯片，用于对所述第一电流在所述负载电阻上产生的电压进行采样，将采样后的电压转换为第二电流，并将所述第二电流转换为数字信号的电流值；

其中，所述模数转换芯片包括：第一输入端VIN+、第二输入端VIN-、第一输出端SDA、第二输出端SCL；

所述负载电阻的一端分别与所述MOS管的漏极以及所述模数转换芯片的第一输入端VIN+连接，所述负载电阻的另一端与所述模数转换芯片的第二输入端VIN-连接；所述模数转换芯片的第一输出端SDA和所述模数转换芯片的第二输出端SCL为所述高端电流的检测电路的输出端。

本发明还提供了一种高端电流的检测方法，应用于上述的高端电流的检测电路，所述方法包括：

对待测电阻两端的电压进行采集并放大，将放大后的电压转换成第一电流并输出，其中，所述待测电阻与待检测电路串联；

接收所述第一电流，并对所述第一电流进行模数转换处理，得到所述待检测电路的电流值。

其中，所述接收所述第一电流，并对所述第一电流进行模数转换处理，得到所述待检测电路的电流值的步骤包括：

对所述第一电流在负载电阻上产生的电压进行采集，并将采集后的电压转换为第二电流；

将所述第二电流转换为数字信号的电流值，并将所述数字信号的电流值作为所述待检测电路的电流值。

本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例的高端电流的检测电路，将待测电阻与待检测电路串联，并通过采集单元对待测电阻两端的电压进行采集并放大，将放大后的电压转换成第一电流输出给检测单元，由检测单元对第一电流进行模数转换处理，得到待测电路的电流值，根据本发明实施例的高端电路检测电路能够实现对基站系统中的电流进行精确地检测，使得基站能够进行更细微、更高精度的调压控制，从而确保基站能够保持更高的工作效率。

附图说明

图1表示本发明实施例的高端电流的检测电路的结构示意图；

图2表示本发明实施例的高端电流的检测电路中稳压电路的结构示意图；

图3表示本发明实施例的高端电流的检测电路中模数转换芯片的预设配置示意图；

图4表示本发明实施例的高端电流的检测方法的工作流程图。

附图标记说明：

1-采集单元，2-检测单元。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及附图进行详细描述。

现有低端检流电路的检流电阻串联到地，高端检流电路的检流电阻是串联到高电压端。两种检流电路各有特点：低端检流方式在地线回路中增加了额外的电阻，高端检流方式则要处理较大的共模信号，且高端检流电路直接连到电压端，能够检测到后续回路的任何故障并采取相应的保护措施，针对现有技术不能很好地对基站系统中的功放的电流进行高精度检测，导致基站不能对功放进行调压控制，从而降低基站运行效率的问题，本发明实施例提供了一种高端电流的检测电路和检测方法。如图1所示，本发明实施例的高端电流的检测电路，包括：

与待测电阻连接的采集单元1，用于对所述待测电阻两端的电压进行采集并放大，将放大后的电压转换成第一电流并输出，其中，所述待测电阻与待检测电路串联；

与所述采集单元相连的检测单元2，用于接收所述第一电流，并对所述第一电流进行模数转换处理，得到所述待检测电路的电流值。

本发明实施例的高端电流的检测电路，将待检测电路与高精度待测电阻串联，然后对待测电阻两端的电压进行差分放大，并将差分放大的电压转换成电流，对所述电流进行模数转换处理后，得到待检测电路的电流值，通过该高端电路的检测电路能够对基站系统中的电流进行精确地检测，使得基站能够进行更细微、更高精度的调压控制，以确保在不同环境，不同业务需求量下，基站能够保持更高效率的运行。

进一步地，所述采集单元1包括：

与所述待测电阻连接的运算放大器，用于对所述待测电阻两端的电压进行差分放大，输出第一电压信号；

与所述运算放大器连接的增益电阻，用于对所述第一电压信号进行放大，得到第二电压信号；

分别与所述增益电阻和所述运算放大器连接的金氧半场效晶体MOSFET管，用于将所述第二电压信号转换为第一电流并输出；

所述运算放大器包括：正相输入端IN+、反相输入端IN-、电源正极V+、电源负极V-以及输出端OUTPUT；

其中，所述运算放大器的正相输入端IN+与所述待测电阻的第一端VCC连接，所述运算放大器的反相输入端IN-与所述待测电阻的第二端VCC-IN连接，所述待测电阻的第二端VCC-IN与所述增益电阻的一端连接，所述增益电阻的另一端分别与所述运算放大器的电源正极V+及所述运算放大器的输出端OUTPUT连接；

所述MOSFET管的栅极与所述运算放大器的输出端OUTPUT连接，所述MOSFET管的漏极与所述检测单元连接，所述MOSFET管的源极与所述运算放大器的反相输入端IN-连接。

优选地，所述运算放大器为轨至轨型运算放大器，具体为输入输出轨至轨运算放大器。

在本发明的具体实施例中，待测电阻的选取受到待测电阻功耗及运放误差的限制，一般在检测安培级电流时，待测电阻可选取在毫欧级左右，电阻功率不够时可并联多个电阻，另外，由于待测电阻上的电压值很小，运放的输入共模电压就很高，接近运放的工作电压值，同时运放输出电压也很小，若不选择输入输出轨至轨运算放大器，会导致运放不能正常工作，且运算放大器的输入偏置电流、输入失调电压和输入温漂等应尽可能小，以确保检测电路能稳定工作并产生较小的检测误差。

另外，本发明实施例中，若增益电阻太小则会导致增益过大，精度将会降低，无法满足系统设计要求，若增益电阻太大则会导致输出电流过小，从而导致MOSFET管将无法开启，整个电路将无法正常工作。增益电阻的最大取值受限于MOSFET管的漏电流，本发明实施例中MOSFET管的漏电流，即流过待检测通路的电流，其最小值不能小于MOSFET管导通的最小电流值。由于预设有特定倍数的增益关系，所以增益电阻的取值与待测电阻及待检测电流的值成正比，与流过MOSFET管的导通电流成反比，因此，增益电阻的取值具体通过待测电阻、待检测电流，MOSFET管的导通电流三者综合确定。进一步地，MOSFET管的参数选择与系统设计需要的增益相关，影响增益电阻的进一步选型。

进一步地，所述检测电路还包括：

与所述运算放大器连接，用于为所述运算放大器提供稳定工作电压，使所述运算放大器工作在高共模电压模式下的稳压电路，其中，所述稳压电路的第一端与所述待测电阻的第二端VCC-IN连接，所述稳压电路的第二端与所述运算放大器的电源负极V-连接，所述稳压电路的第三端接地。

如图2所示，所述稳压电路可具体包括：稳压电阻、稳压管VD1、第一电容C1以及第二电容C2；

其中，所述稳压管VD1的阴极与所述待测电阻的第二端VCC-IN连接，所述稳压管VD1的阳极与所述运算放大器的电源负极V-连接；

所述稳压电阻的一端分别与所述稳压管VD1的阳极和所述运算放大器的电源负极V-连接，所述稳压电阻的另一端接地；

所述第一电容C1以及所述第二电容C2均与所述稳压管VD1并联。

在本发明的具体实施例中，为确保上述输入输出轨至轨型运算放大器工作在高共模电压模式下，必须通过外围稳压电路使得该运算放大器正负极间的电压差稳定在该运放正常工作所必须的工作电压，以确保运算放大器的输出稳定可靠。

该部分稳压电路设计，是通过对待检测电路输入电压进行稳压分压来实现的。本发明实施例中待检测电路输入电压为无线通信设计中的典型应用电压，待检测电路输入电压通过增益电阻直接接到运算放大器的电源正极V+，经过稳压管及稳压电阻后接到差分运算放大器的电源负极V-，稳压管的稳压值为该运算放大器的共模电压值，该稳压值与其共模电压值越接近越好，以确保差分运算放大器的工作电压稳定在共模电压下，满足了运算放大器稳定工作在高电压模式的要求。运算放大器正常工作在高共模电压下的同时，需要对待检测电路输入电压进行滤波处理以去除杂波，还需要对运放输出信号和电源正极之间进行电容耦合隔离。

其中，稳压电阻的最小取值，要保证流过稳压管的电流不能超过稳压管所能承载最大电流值；而对于稳压电阻的最大取值，在运放工作在最大工作电流时，该最大电流为流过MOSFET管的最大电流，即运放的最大工作电流，也即稳压电阻的最大取值，必须要使得流过稳压管的电流大于稳压管正常工作的最小电流值，从而确保稳压管能正常稳压。

进一步地，所述检测单元2包括：

负载电阻；

与所述负载电阻连接的模数转换芯片，用于对所述第一电流在所述负载电阻上产生的电压进行采样，将采样后的电压转换为第二电流，并将所述第二电流转换为数字信号的电流值；

其中，所述模数转换芯片包括：第一输入端VIN+、第二输入端VIN-、第一输出端SDA、第二输出端SCL；

所述负载电阻的一端分别与所述MOS管的漏极以及所述模数转换芯片的第一输入端VIN+连接，所述负载电阻的另一端与所述模数转换芯片的第二输入端VIN-连接；所述模数转换芯片的第一输出端SDA和所述模数转换芯片的第二输出端SCL为所述高端电流的检测电路的输出端。

本发明的具体实施例中，负载电压与待检测电流、待检测电阻、增益电阻、负载电阻具有一定关系，当待检测电阻及负载电阻确定后，负载电压即与待检测电流保持一定比例关系，待检测电压与负载电压同时保持了一定比例的放大关系，为了方便不同电压通路的检测要求，该增益比例的大小可以通过改变增益电阻的大小来调整，以满足不同系统精度的要求。

本发明实施例中的模数转换芯片为支持电流、电压检测的模数转换芯片，该芯片具有电流检测和电压监控功能，该模数转换芯片可以对待检测电阻上的电压差进行监控采样，并将其转换为数字信号的电流值而存储到自身的寄存器中，同时也可以对总线电压进行检测，以满足系统需要条件下，计算出电源功率的大小，另外，由于普通电流检测芯片的输入电压的范围较小，因此，普通的电压监控型电流检测芯片的输入电压范围较小，不能满足对高电压电路的检测需求，本发明实施例中选择输入输出轨至轨运放，在确保运放正常工作的条件下，待检测通路的电压理论上可以达到足够高，从而实现输入电压可调。

具体的，该模数转换芯片共有六个寄存器：配置寄存器、检测电压寄存器、总线电压寄存器、功率寄存器、电流寄存器及定标寄存器，分别用于初始化配置、检测电压存储、总线电压存储、检测功率存储、检测电流存储及定标值存储。配置寄存器的值是固定的，会在芯片工作前写死，除配置寄存器和定标寄存器为读写寄存外，其他寄存器均为只读寄存器，用于分别读取各种检测值的上报。

在本发明的具体实施例中，在测量之前要先对模数转换芯片进行预设配置处理，如图3所示，包括：

步骤S31：上电并对模数转换芯片进行初始化设置；

步骤S32：对模数转换芯片进行定标校准处理；

步骤S33：进行曲线拟合、校准验证以及写入校准处理；

步骤S34：重新上电。

完成上述步骤后，即可对待检测电路中的电流进行检测。

本发明实施例中，根据不同的监测需求，首先需要对该芯片的总线电压范围、检测电阻值及需要监测的最大电流值进行配置，进而得到模数转换芯片可监测的最小值电流的范围，得到的可监测的最小电流值越小，监测精度越高。

在完成基本参数的设定与推算后，需要对该模数转换芯片进行定标校准。根据上述配置参数值及推算得到的可检测的最小电流值的范围等参数后，即可对该检测芯片进行定标拟合，以确定最终的配置参数值，拟合过程决定了该系统最终监测精度的范围。该定标过程，需要通过该模数转换芯片自带的软件配合手动进行两次定标测试，根据两次定标结果求平均值，最终得到校准后的定标值，将最终得到的校准定标值写进定标寄存器，此时，该模数转换芯片完成了所有的配置，即可以进行电流、电压及功率检测。此外，定标寄存器的值可以手动计算或者使用评估软件进行。在实际调试中使用评估软件来配置，根据预先假设的典型参数，首先进行理论精度的初始定标，定标之前，需要预先输入典型测试通路设计的参数值，例如总线电压范围、待检测电阻值、最大检测电流等关键参数，然后根据输入完成的参数进行第一次理论期望定标，得到一个初始定标值。为了提高整个系统检测的实际精度，则需要将此定标写入实际设计的模数转换芯片，再进行二次定标，将假定的输入电流值与实际读出的检测电流值进行比较，进一步得到最终的定标值，将此定标值写入定标寄存器，则定标完成，该系统可以正常工作。

根据实践验证结果，本发明实施例的检测电路的检测精度可以达到几十微安级，能够完全满足系统调压的需求。

本发明的实施例还提供了一种高端电流的检测方法，应用于如上所述的高端电流的检测电路，如图4所示，所述方法包括：

步骤S41：对待测电阻两端的电压进行采集并放大，将放大后的电压转换成第一电流并输出，其中，所述待测电阻与待检测电路串联；

步骤S42：接收所述第一电流，并对所述第一电流进行模数转换处理，得到所述待检测电路的电流值。

在本发明的具体实施例中，所述接收所述第一电流，并对所述第一电流进行模数转换处理，得到所述待检测电路的电流值的步骤包括：

对所述第一电流在负载电阻上产生的电压进行采集，并将采集后的电压转换为第二电流；

将所述第二电流转换为数字信号的电流值，并将所述数字信号的电流值作为所述待检测电路的电流值。

需要说明的是，该方法应用于上述的高端电流的检测电路，上述高端电流的检测电路实施例中所有实现方式均适用于该方法的实施例中，也能达到相同的技术效果。

本发明实施例的高端电流的检测电路和检测方法，将待测电阻与待检测电路串联，并通过采集单元对待测电阻两端的电压进行采集并放大，将放大后的电压转换成第一电流输出给检测单元，由检测单元对第一电流进行模数转换处理，得到待测电路的电流值，根据本发明实施例的高端电路检测电路能够实现对基站系统中的电流进行精确地检测，使得基站能够进行更细微、更高精度的调压控制，从而确保基站能够保持更高的工作效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高端电流的检测电路，其特征在于，包括：

与待测电阻连接的采集单元，用于对所述待测电阻两端的电压进行采集并放大，将放大后的电压转换成第一电流并输出，其中，所述待测电阻与待检测电路串联；

与所述采集单元相连的检测单元，用于接收所述第一电流，并对所述第一电流进行模数转换处理，得到所述待检测电路的电流值。

2.根据权利要求1所述的高端电流的检测电路，其特征在于，所述采集单元包括：

与所述待测电阻连接的运算放大器，用于对所述待测电阻两端的电压进行差分放大，输出第一电压信号；

与所述运算放大器连接的增益电阻，用于对所述第一电压信号进行放大，得到第二电压信号；

分别与所述增益电阻和所述运算放大器连接的金氧半场效晶体MOSFET管，用于将所述第二电压信号转换为第一电流并输出；

所述运算放大器包括：正相输入端(IN+)、反相输入端(IN-)、电源正极(V+)、电源负极(V-)以及输出端(OUTPUT)；

其中，所述运算放大器的正相输入端(IN+)与所述待测电阻的第一端(VCC)连接，所述运算放大器的反相输入端(IN-)与所述待测电阻的第二端(VCC-IN)连接，所述待测电阻的第二端(VCC-IN)与所述增益电阻的一端连接，所述增益电阻的另一端分别与所述运算放大器的电源正极(V+)及所述运算放大器的输出端(OUTPUT)连接；

所述MOSFET管的栅极与所述运算放大器的输出端(OUTPUT)连接，所述MOSFET管的漏极与所述检测单元连接，所述MOSFET管的源极与所述运算放大器的反相输入端(IN-)连接。

3.根据权利要求2所述的高端电流的检测电路，其特征在于，所述运算放大器为轨至轨型运算放大器。

4.根据权利要求2所述的高端电流的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：

与所述运算放大器连接，用于为所述运算放大器提供稳定工作电压，使所述运算放大器工作在高共模电压模式下的稳压电路，其中，所述稳压电路的第一端与所述待测电阻的第二端(VCC-IN)连接，所述稳压电路的第二端与所述运算放大器的电源负极(V-)连接，所述稳压电路的第三端接地。

5.根据权利要求4所述的高端电流的检测电路，其特征在于，所述稳压电路包括：稳压电阻、稳压管(VD1)、第一电容(C1)以及第二电容(C2)；

其中，所述稳压管(VD1)的阴极与所述待测电阻的第二端(VCC-IN)连接，所述稳压管(VD1)的阳极与所述运算放大器的电源负极(V-)连接；

所述稳压电阻的一端分别与所述稳压管(VD1)的阳极和所述运算放大器的电源负极(V-)连接，所述稳压电阻的另一端接地；

所述第一电容(C1)以及所述第二电容(C2)均与所述稳压管(VD1)并联。

6.根据权利要求1所述的高端电流的检测电路，其特征在于，所述检测单元包括：

负载电阻；

与所述负载电阻连接的模数转换芯片，用于对所述第一电流在所述负载电阻上产生的电压进行采样，将采样后的电压转换为第二电流，并将所述第二电流转换为数字信号的电流值；

其中，所述模数转换芯片包括：第一输入端(VIN+)、第二输入端(VIN-)、第一输出端(SDA)、第二输出端(SCL)；

所述负载电阻的一端分别与所述MOS管的漏极以及所述模数转换芯片的第一输入端(VIN+)连接，所述负载电阻的另一端与所述模数转换芯片的第二输入端(VIN-)连接；所述模数转换芯片的第一输出端(SDA)和所述模数转换芯片的第二输出端(SCL)为所述高端电流的检测电路的输出端。

7.一种高端电流的检测方法，应用于如权利要求1-6任一项所述的高端电流的检测电路，其特征在于，所述方法包括：

对所述待测电阻两端的电压进行采集并放大，将放大后的电压转换成第一电流并输出，其中，所述待测电阻与待检测电路串联；

接收所述第一电流，并对所述第一电流进行模数转换处理，得到所述待检测电路的电流值。

8.根据权利要求7所述的高端电流的检测方法，其特征在于，所述接收所述第一电流，并对所述第一电流进行模数转换处理，得到所述待检测电路的电流值的步骤包括：

对所述第一电流在负载电阻上产生的电压进行采集，并将采集后的电压转换为第二电流；

将所述第二电流转换为数字信号的电流值，并将所述数字信号的电流值作为所述待检测电路的电流值。