CN107422769A - 电压补偿电路及源板卡 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及电子技术领域，公开了一种电压补偿电路及源板卡。本发明实施例中的电压补偿电路包括：分压支路、可调放大模块以及第一电阻；分压支路的输入端用于连接至电压输出模块的电压输出端，分压支路的分压端连接至可调放大模块的输入端；可调放大模块的输出端通过第一电阻连接至电压提取电路的第一反相放大模块；本发明实施例还提供了一种源板卡。本发明实施例有效抑制了电压提取电路中由电阻的实际阻值与标识阻值之间的误差导致的电压提取电路输出的电压的偏差，大大提高了源板卡输出的电流的精度，满足了源板卡对高精度电流输出能力的需求。

Description

电压补偿电路及源板卡
技术领域
本发明实施例涉及电子技术领域，特别涉及一种电压补偿电路及源板卡。
背景技术
在半导体测试领域，需要源板卡具有满足需求的电流输出能力。现有技术中，源板卡包括模数转换器、电流档位电阻以及用于获取电流档位电阻两端的电压的电压提取电路；其中，电压提取电路包括多个运算放大器与多个电阻，且电压提取电路输出的电压还用于送回运算放大器的反相输入端以形成负反馈。
然而发明人发现现有技术中至少存在如下问题：实际应用中，电阻的实际阻值与其标识阻值之间会有一定误差(即使是精密电阻，其实际阻值与标识阻值之间依然存在最大0.5％的阻值偏差)，而电压提取电路中包括多个电阻，这些电阻本身的累计误差最终导致电流提取电路输出的电流档位电阻两端的电压与电流档位电阻两端的实际电压之间存在一定偏差；并且电流提取电路输出的电压还用于送回运算放大器的反相输入端以形成负反馈，从而该偏差会直接导致电流提取电路的输出再次产生偏差，导致源板卡输出的电流的精度较低，无法满足需求。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种电压补偿电路及源板卡，有效抑制了电压提取电路中由电阻的实际阻值与标识阻值之间的误差导致的电压提取电路输出的电压的偏差，大大提高了源板卡输出的电流的精度，满足了源板卡对高精度电流输出能力的需求。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电压补偿电路，应用于源板卡，且所述源板卡包括电压输出模块、电流档位电阻以及用于获取所述电流档位电阻两端的电压的电压提取电路；所述电压补偿电路包括：分压支路、可调放大模块以及第一电阻；所述分压支路的输入端用于连接至所述电压输出模块的电压输出端，所述分压支路的分压端连接至所述可调放大模块的输入端；所述可调放大模块的输出端通过所述第一电阻连接至所述电压提取电路的第一反相放大模块；所述可调放大模块的输出端根据所述电压提取电路的输出电压与所述电流档位电阻两端的实际电压之间的偏差量输出补偿电压。
本发明的实施方式还提供了一种源板卡，包括：电压输出模块、电压提取电路以及上述的电压补偿电路；所述电压补偿电路中的所述分压支路的输入端连接于所述电压输出模块的电压输出端，所述第一电阻的第二端连接于所述电压提取电路的输入端，所述电压提取电路的输出端连接于所述电压输出模块的反馈输入端。
本发明实施方式相对于现有技术而言，电压补偿电路包括分压支路、可调放大模块以及第一电阻；分压支路的输入端用于连接至电压输出模块的电压输出端，分压支路的分压端连接至可调放大模块的输入端；即本发明实施例首先通过分压支路将电压输出模块输出的电压分压至一个较小的电压范围内；可调放大模块的输出端通过第一电阻连接至电压提取电路的第一反相放大模块，即可调放大模块输出的补偿电压通过第一电阻输入第一反相方法模块，换言之，即第一电阻与电压提取电路中的第一反相放大模块构成求和电路，可调放大模块输出的补偿电压输入该求和电路中，从而有效抑制电压提取电路中由电阻的实际阻值与标识阻值之间的误差导致的电压提取电路输出的电压的偏差，大大提高了源板卡输出的电流的精度，满足了源板卡高精度电流输出能力的需求。
另外，还包括第一电压跟随器；所述第一电压跟随器的正相输入端用于连接于所述电压输出模块的电压输出端，所述第一电压跟随器的输出端连接于所述分压支路的输入端。本实施例中，在分压支路与数模转换器之间增加第一电压跟随器，增加了数模转换器与分压电阻之间的隔离度，保证电压输出模块输出的电压等比例输出至分压支路且不受干扰，进一步提高了源板卡输出的电流的精度。
另外，可调放大模块包括反相放大器、第二电阻以及可调电阻；所述第二电阻的第一端连接于所述分压支路的分压端，所述第二电阻的第二端连接于所述反相放大器的反相输入端与所述可调电阻的第一端；所述反相放大器的正相输入端接地；所述反相放大器的输出端连接于所述可调电阻的第二端与所述第一电阻；所述可调电阻的阻值用于根据所述输出电压与所述实际电压之间的偏差量调节。本实施例中，提供了可调放大模块的一种实现方式。
另外，可调放大模块包括数模转换器与现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片；所述数模转换器的电压参考端连接于所述分压支路的分压端，所述数模转换器的电压输出端连接于所述第一电阻的第一端，所述数模转换器的控制端连接于所述FPGA芯片；所述FPGA芯片用于根据所述输出电压与所述实际电压之间的偏差量控制所述数模转换器通过所述第一电阻输出所述补偿电压至所述第一反相放大模块。本实施例中，提供了可调放大模块的另外一种实现方式。
另外，分压支路包括第一分压电阻与第二分压电阻；所述第一分压电阻的第一端用于连接至所述电压输出模块的电压输出端，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端相连且共同连接至所述可调放大模块，所述第二分压电阻的第二端接地。本实施例中，提供了分压电路的一种实现方式。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据第一实施方式的电压补偿电路的示意图；
图2是根据第二实施方式的电压补偿电路的示意图；
图3是根据第三实施方式的电压补偿电路的示意图；
图4是根据第四实施方式的电压补偿电路的示意图；
图5是根据第五实施方式的源板卡的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种电压补偿电路，应用于源板卡，且源板卡包括电压输出模块、电流档位电阻以及用于获取电流档位电阻两端的电压的电压提取电路；如图1所示，电压补偿电路包括分压支路11、可调放大模块12以及第一电阻13。
本实施方式中，分压支路11的输入端用于连接至电压输出模块2的电压输出端，分压支路11的分压端连接至可调放大模块12的输入端；可调放大模块12的输出端通过第一电阻13连接至电压提取电路3的第一反相放大模块；可调放大模块12的输出端根据电压提取电路3的输出电压与电流档位电阻4两端的实际电压之间的偏差量输出补偿电压。
本发明的实施例相对于现有技术而言，电压补偿电路包括分压支路、可调放大模块以及第一电阻；分压支路的输入端用于连接至电压输出模块的电压输出端，分压支路的分压端连接至可调放大模块的输入端；即本发明实施例首先通过分压支路将电压输出模块输出的电压分压至一个较小的电压范围内；可调放大模块的输出端通过第一电阻连接至电压提取电路的第一反相放大模块，即可调放大模块输出的补偿电压通过第一电阻输入第一反相方法模块，换言之，即第一电阻与电压提取电路中的第一反相放大模块构成求和电路，可调放大模块输出的补偿电压输入该求和电路中，从而有效抑制电压提取电路中由电阻的实际阻值与标识阻值之间的误差导致的电压提取电路输出的电压的偏差，大大提高了源板卡输出的电流的精度，满足了源板卡高精度电流输出能力的需求。
实际上，本实施方式中，电压输出模块2包括数模转换器与运算放大模块；数模转换器的电压输出端连接于运算放大模块的电压输入端，电压提取电路的输出端连接于运算放大模块的反馈输入端，运算放大模块的输出端连接于分压支路11的输入端与电流档位电阻4。
本实施方式中，第一电阻13与电压提取模块3中的第一反相放大模块共同构成运算放大器求和电路。
本实施方式中，电压补偿电路的运行过程为：首先通过分压支路11将电压输出模块2输出的电压值初步分压至一个很小的电压范围内(基本在毫伏范围内)，并输入至可调反相放大模块12(由于可调放大模块可调，因此可调放大模块的输出值可根据需要调节)，可调反相放大模块12的输出值通过第一电阻13输入第一反相放大模块，即可调反相放大模块12输出的补偿电压补偿进了运算放大器求和电路中。
在一个例子中，同一种源板卡，通过仿真，下列表格一为现有技术中的源板卡的仿真结果；下列表格二为源板卡中增加电压补偿电路之后的仿真结果。
表格一 现有技术中的源板卡的仿真结果
表格二 包括电压补偿电路的源板卡的仿真结果
根据表格一与表格二的对比，可以看出，本发明实施例中的电压补偿电路使得电压提取电路输出的电压值与电流档位电阻两端的实际电压值之间的偏差值基本为零，即本发明实施例提供的电压补偿电路有效补偿了电压提取电路输出的电压值与电流档位电阻两端的实际电压值之间的偏差值；然这里只是示例性说明，实际中不限于此。
本发明的第二实施方式涉及一种电压补偿电路。第二实施方式在第一实施方式的基础上进行改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，如图2所示，电压补偿电路还包括第一电压跟随器14。
本实施方式中，第一电压跟随器14的正相输入端用于连接于电压输出模块2的电压输出端，第一电压跟随器14的输出端连接于分压支路11的输入端。
本实施方式中，第一电压跟随器14由运算放大器141构成；运算放大器141的正相输入端通过电阻142连接于电压输出模块2的电压输出端，运算放大器141的反相输入端通过电阻143连接于运算放大器141的输出端，且运算放大器141的输出端连接于分压支路11的输入端。
本实施方式中，电阻142与电阻143起到限流作用，本实施例对电阻的具体数值不作任何限制，可根据需要具体设置。
本发明的实施例相对于第一实施方式而言，在分压支路与数模转换器之间增加第一电压跟随器，增加了数模转换器与分压电阻之间的隔离度，保证电压输出模块输出的电压等比例输出至分压支路且不受干扰，进一步提高了源板卡输出的电流的精度。
本发明的第三实施方式涉及一种电压补偿电路。第三实施方式在第二实施方式的基础上进行细化，主要细化之处在于：在本发明第三实施方式中，如图3所示，对可调放大模块12与分压支路11进行细化。
本实施方式中，可调放大模块12包括反相放大器121、第二电阻122以及可调电阻123。第二电阻122的第一端连接于分压支路11的分压端，第二电阻122的第二端连接于反相放大器121的反相输入端与可调电阻123的第一端；反相放大器121的正相输入端接地；反相放大器121的输出端连接于可调电阻123的第二端与第一电阻13；可调电阻123的阻值用于根据输出电压与实际电压之间的偏差量调节。然实际中不限于此，本实施例对可调放大模块12的具体实现方式不作任何限制。
本实施方式中，反相放大器121的输出与输入呈反相，且反相放大器121的输出值与输入值的比值与第二电阻122及可调电阻123有关，即反相放大器121的输出值与输入值的比值为-(R123/R122)(负的可调电阻123与第二电阻122的比)；因此，反相放大器121的输出可根据需要通过可调电阻来调节。
本实施方式中，分压支路11包括第一分压电阻111与第二分压电阻112；第一分压电阻111的第一端用于连接至电压输出模块2的电压输出端，第一分压电阻111的第二端与第二分压电阻112的第一端相连且共同连接至可调放大模块12，第二分压电阻122的第二端接地；然实际中不限于此，本实施例对分压支路11的具体实现方式不作任何限制，凡是能够实现分压的分压支路11均可应用在本实施方式中。
本实施方式中，分压支路输出的电压可根据公式：[R112/(R111+R112)]*U2得出，即分压电路输出的电压等于第二分压电阻112的阻值与第一分压电阻111的阻值与第二分压电阻112的阻值的和的比，乘以电压输出模块2的电压输出端输出的电压U2；本实施例对第一分压电阻111与第二分压电阻112的阻值不作任何限制，可根据需要设置。
实际上，本实施例也可以为在第一实施方式的基础上的细化方案。
本发明的实施例相对于现有技术而言，提供了可调放大模块的一种实现方式，并且提供了分压支路的一种实现方式。
本发明的第四实施方式涉及一种电压补偿电路。第四实施方式在第二实施方式的基础上进行细化，主要细化之处在于：在本发明第四实施方式中，如图4所示，对可调放大模块12进行细化。
本实施方式中，可调放大模块12包括数模转换器124与现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片125；数模转换器124的电压参考端连接于分压支路11的分压端，数模转换器124的电压输出端连接于第一电阻13的第一端，数模转换器124的控制端连接于FPGA芯片125；FPGA芯片125用于根据输出电压与实际电压之间的偏差量控制数模转换器124通过第一电阻13输出补偿电压至电压提取电路3中的第一反相放大模块。然实际中不限于此，本实施例对可调放大模块12的具体实现方式不作任何限制。
实际上，数模转换器124的电源接脚还连接于电源。
本实施方式中，数模转换器124输出的电压值位于分压电压的正值与负值之间，具体输出的电压值由FPGA芯片125控制。在一个例子中，数模转换器124的电压参考端接收到-5伏的电压时，那么数模转换器124的电压输出端输出位于+5伏与-5伏之间的电压；然这里只是示例性说明，实际中不限于此。
实际上，本实施例也可以为在第一实施方式的基础上的细化方案。
本发明的实施例相对于第二实施方式而言，提供了可调放大模块的另一种实现方式。相对于第三实施方式中的可调放大模块而言，第三实施方式中的反相放大器只能输出单一方向的电压(例如第一数模转换芯片的电压输出端输出为正值时，反相放大器只能输出负值)，而本发明实施例提供的可调放大模块能够输出两个方向的电压，增加了本发明实施例的适用范围。
本发明第五实施方式涉及一种源板卡，如图5所示，源板卡包括：电压输出模块2、电压提取电路3以及第一实施方式至第四实施方式中任意一实施方式中的电压补偿电路。
本实施方式中，电压补偿电路中的分压支路11的输入端连接于电压输出模块2的电压输出端，第一电阻13的第二端连接于电压提取电路3的输入端，电压提取电路3的输出端连接于电压输出模块2的反馈输入端。
本发明的实施例相对于现有技术而言，源板卡包括本发明实施例提供的电压补偿电路，即本发明实施例中的源板卡首先通过分压支路将电压输出模块输出的电压分压至一个较小的电压范围内；可调放大模块的输出端通过第一电阻连接至电压提取电路的第一反相放大模块，即可调放大模块输出的补偿电压通过第一电阻输入第一反相方法模块，换言之，即第一电阻与电压提取电路中的第一反相放大模块构成求和电路，可调放大模块输出的补偿电压输入该求和电路中，从而有效抑制电压提取电路中由电阻的实际阻值与标识阻值之间的误差导致的电压提取电路输出的电压的偏差，大大提高了源板卡输出的电流的精度，满足了源板卡高精度电流输出能力的需求。
下面对本实施方式的源板卡中的电路提取电路3的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
本实施方式中的电压提取电路，如图5所示，电压提取电路3具体包括第二电压跟随器31、第三电压跟随器32、第一反相放大模块33、第一求和电路34以及第二反相放大模块35。第二电压跟随器31的正相输入端连接于电压输出模块2的电压输出端与电流档位电阻4的第一端；第三电压跟随器32的正相输入端连接于电流档位电阻4的第二端；第一反相放大模块33的第一输入端连接于第二电压跟随器31的输出端，第一反相放大模块33的第二输入端连接于第一电阻13的第二端；第一求和电路34的第一输入端连接于第一反相放大模块33的输出端，第一求和电路34的第二输入端连接于第三电压跟随器32的输出端，第一求和电路34的输出端连接于第二反相放大模块35的输入端，第二反相放大模块35的输出端连接于电压输出模块的反馈输入端，且用于输出输出电压。
本实施方式中，第一反相放大模块33包括第一反相放大器331、电阻332、电阻333；第一电阻13与第一反相放大模块33共同构成运算放大器求和电路。第一反相放大模块33的输出为可调放大模块的电压输出值乘以电阻332的阻值除以第一电阻13的阻值所得的电压值，以及第二电压跟随器31的电压输出值乘以电阻332的阻值除以电阻333的阻值的所得的电压值，两个电压值取和。
本实施方式中，第一求和电路34包括电阻341与电阻342；第二反相放大模块35包括电阻351与电阻352。电压补偿电路输出的补偿电压经电压提取电路且最终由电压提取电路输出，那么经电压提取电路输出的补偿电压可根据公式得出：
(电压输出模块输出的电压值U2)*(R122*R112/(R122*R112+R111*R112+R122*R111))*(R123/R122)*(R332/R13)*(R341/R342)*(R351/R352)。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种电压补偿电路，应用于源板卡，且所述源板卡包括电压输出模块、电流档位电阻以及用于获取所述电流档位电阻两端的电压的电压提取电路；其特征在于，所述电压补偿电路包括：分压支路、可调放大模块以及第一电阻；
所述分压支路的输入端用于连接至所述电压输出模块的电压输出端，所述分压支路的分压端连接至所述可调放大模块的输入端；
所述可调放大模块的输出端通过所述第一电阻连接至所述电压提取电路的第一反相放大模块；
所述可调放大模块的输出端根据所述电压提取电路的输出电压与所述电流档位电阻两端的实际电压之间的偏差量输出补偿电压。
2.根据权利要求1所述的电压补偿电路，其特征在于，还包括第一电压跟随器；
所述第一电压跟随器的正相输入端用于连接于所述电压输出模块的电压输出端，所述第一电压跟随器的输出端连接于所述分压支路的输入端。
3.根据权利要求1所述的电压补偿电路，其特征在于，所述可调放大模块包括反相放大器、第二电阻以及可调电阻；
所述第二电阻的第一端连接于所述分压支路的分压端，所述第二电阻的第二端连接于所述反相放大器的反相输入端与所述可调电阻的第一端；所述反相放大器的正相输入端接地；
所述反相放大器的输出端连接于所述可调电阻的第二端与所述第一电阻；
所述可调电阻的阻值用于根据所述输出电压与所述实际电压之间的偏差量调节。
4.根据权利要求1所述的电压补偿电路，其特征在于，所述可调放大模块包括数模转换器与现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片；
所述数模转换器的电压参考端连接于所述分压支路的分压端，所述数模转换器的电压输出端连接于所述第一电阻的第一端，所述数模转换器的控制端连接于所述FPGA芯片；
所述FPGA芯片用于根据所述输出电压与所述实际电压之间的偏差量控制所述数模转换器通过所述第一电阻输出所述补偿电压至所述第一反相放大模块。
5.根据权利要求1所述的电压补偿电路，其特征在于，所述分压支路包括第一分压电阻与第二分压电阻；
所述第一分压电阻的第一端用于连接至所述电压输出模块的电压输出端，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端相连且共同连接至所述可调放大模块，所述第二分压电阻的第二端接地。
6.一种源板卡，其特征在于，包括：电压输出模块、电压提取电路以及权利要求1至5中任意一项所述的电压补偿电路；
所述电压补偿电路中的所述分压支路的输入端连接于所述电压输出模块的电压输出端，所述第一电阻的第二端连接于所述电压提取电路的输入端，所述电压提取电路的输出端连接于所述电压输出模块的反馈输入端。
7.根据权利要求6所述的源板卡，其特征在于，所述电压提取电路包括第二电压跟随器、第三电压跟随器、所述第一反相放大模块、第一求和电路以及第二反相放大模块；
所述第二电压跟随器的正相输入端连接于所述电压输出模块的电压输出端与所述电流档位电阻的第一端；所述第三电压跟随器的正相输入端连接于所述电流档位电阻的第二端；
所述第一反相放大模块的第一输入端连接于所述第二电压跟随器的输出端，所述第一反相放大模块的第二输入端连接于所述第一电阻的第二端；
所述第一求和电路的第一输入端连接于所述第一反相放大模块的输出端，所述第一求和电路的第二输入端连接于所述第三电压跟随器的输出端，所述第一求和电路的输出端连接于所述第二反相放大模块的输入端，所述第二反相放大模块的输出端连接于所述电压输出模块的反馈输入端，且用于输出所述输出电压。
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