CN108072790B - 一种电流测量电路和电流测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流测量电路和电流测量方法。该测量电路设置电源模块的电源信号输出端分别与第一运算放大器的正向输入端和待测元件的电源信号输入端电连接；电压调节模块的第一信号输出端与第一运算放大器的第一电源信号输入端，第二信号输出端与第一运算放大器的第二电源信号输入端电连接，用于调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第一信号输出端，调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第二信号输出端；第一信号输出端输出信号的电平值大于信号输入端输入信号的电平值，第二信号输出端输出信号的电平值小于信号输入端输入信号的电平值。通过本发明的技术方案，提高了第一运算放大器对应的电压范围，实现了对待测元件所产生微电流大小的检测。

Description

一种电流测量电路和电流测量方法

技术领域

本发明实施例涉及电流测量技术领域，尤其涉及一种电流测量电路和电流测量方法。

背景技术

随着科技的发展，极限条件下的实验测试量的量级也在不断减小，量级小于1μA的微小电流一般称为微电流，在射线探测、材料分析和纳米技术等领域中，需要检测的微电流甚至达到pA量级。

实现微电流检测的测量电路通常以具有超低输入偏置电流的运算放大器为核心部件，使用测量电路可以实现对待测试器件所产生微电流大小的测量，例如测量实现开关功能的场效应管所产生漏电流的大小，检测时运算放大器的两电源信号输入端的电源信号形成电压轨，输入运算放大器的电压信号处于电压轨内才能确保运算放大器实现电流电压转换功能，即运算放大器将待测试器件产生的微电流转换为对应的电压信号进行测量。

在使用测量电路检测待测元件产生的微电流时，一般利用向测量电路中的运算放大器提供电源信号的电源模块向待测元件提供电源信号，以使待测元件产生微电流，但是当待测元件所需电源信号较大时，该较大的电源信号无法满足运算放大器实现电流电压转换功能的工作条件，使得测量电路无法实现对待测元件所产生微电流的检测。

发明内容

本发明提供一种电流测量电路和电流测量方法，在利用向微电流测量电路中的第一运算放大器提供电源信号的电源模块向待测元件提供电源信号的前提下，利用电压调节模块调节第一运算放大器的电压轨的范围，增加了第一运算放大器的两电源信号输入端的电源信号形成的电压范围，确保了第一运算放大器的电流电压转换功能，实现了对待测元件所产生微电流大小的检测。

第一方面，本发明实施例提供了一种电流测量电路，该电流测量电路包括：

电源模块、第一运算放大器、电压调节模块和电流检测模块；

所述电源模块包括电源信号输出端，所述电源信号输出端分别与所述第一运算放大器的正向输入端和待测元件的电源信号输入端电连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述待测元件的信号输出端电连接；

所述电流检测模块包括检测信号输入端，所述检测信号输入端与所述第一运算放大器的信号输出端电连接，所述电流检测模块用于根据所述检测信号输入端的输入信号测量所述待测元件信号输出端输出信号的电流值；

所述电压调节模块包括信号输入端、第一信号输出端和第二信号输出端，所述信号输入端与所述电源信号输出端电连接，所述第一信号输出端与所述第一运算放大器的第一电源信号输入端电连接，所述第二信号输出端与所述第一运算放大器的第二电源信号输入端电连接；

所述电压调节模块用于调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第一信号输出端，以及调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第二信号输出端；其中，所述第一信号输出端输出信号的电平值大于所述信号输入端输入信号的电平值，所述第二信号输出端输出信号的电平值小于所述信号输入端输入信号的电平值。

进一步地，所述电压调节模块包括两个电压调节单元；

一所述电压调节单元的第一端与所述第一运算放大器的第一电源信号输入端电连接，第二端与所述电源信号输出端电连接；

另一所述电压调节单元的第一端与所述电源信号输出端电连接，第二端与所述第一运算放大器的第二电源信号输入端电连接；

其中，所述电压调节单元的第一端的电平值大于所述电压调节单元的第二端的电平值。

进一步地，所述电压调节单元包括恒压电源。

进一步的，所述电流测量电路还包括：

至少两个反馈模块，每个所述反馈模块的第一端均与所述第一运算放大器的反向输入端电连接，每个所述反馈模块的第二端均与所述第一运算放大器的信号输出端电连接；

每个所述反馈模块包括串联的第一阻抗元件和开关元件，不同所述反馈模块中的所述第一阻抗元件的阻值至少相差一个数量级，且仅一个所述反馈模块中的开关元件处于导通状态。

进一步地，所述电流测量电路还包括：

第二运算放大器，所述第一运算放大器的信号输出端通过所述第二运算放大器与所述检测信号输入端电连接；

所述第二运算放大器的反向输入端通过第二阻抗元件与所述第一运算放大器的信号输出端电连接，所述第二运算放大器的正向输入端与所述电源信号输出端电连接，所述第二运算放大器的反向输入端通过第三阻抗元件与所述第二运算放大器的信号输出端电连接，所述第二运算放大器的信号输出端与所述检测信号输入端电连接；

其中，所述第三阻抗元件大于所述第二阻抗元件。

进一步地，所述电流测量电路还包括：

串联的第三运算放大器和第四运算放大器，所述第一运算放大器的信号输出端通过串联的所述第三运算放大器和所述第四运算放大器与所述检测信号输入端电连接；

所述第三运算放大器的反向输入端通过第四阻抗元件与所述第一运算放大器的信号输出端电连接，所述第三运算放大器的正向输入端与所述电源信号输出端电连接，所述第三运算放大器的信号输出端通过第五阻抗元件与所述第三运算放大器的反向输入端电连接；

所述第四运算放大器的反向输入端通过第六阻抗元件与接地端电连接，所述第四运算放大器的正向输入端与所述第三运算放大器的信号输出端电连接，所述第四运算放大器的反向输入端通过第七阻抗元件与所述第四运算放大器的信号输出端电连接，所述第四运算放大器的信号输出端与所述检测信号输入端电连接；

其中，所述第五阻抗元件小于所述第四阻抗元件，所述第七阻抗元件大于所述第六阻抗元件。

进一步地，所述电流测量电路还包括：

两个单向导通器件；

一所述单向导通器件的第一端与所述第一运算放大器的正向输入端电连接，第二端与所述第一运算放大器的反向输入端电连接；另一所述单向导通器件的第一端与所述第一运算放大器的反向输入端电连接，第二端与所述第一运算放大器的正向输入端电连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种如第一方面所述电流测量电路的电流测量方法，包括：

控制所述电源模块通过所述电源信号输出端输出电源信号；

控制所述电压调节模块调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第一信号输出端，调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第二信号输出端；

控制所述第一运算放大器根据所述正向输入端和所述反向输入端的输入信号输出信号至所述第一运算放大器的信号输出端；

控制所述电流检测模块根据所述电流检测模块的检测信号输入端的输入信号测量所述待测元件信号输出端输出信号的电流值。

具体地，在所述控制所述电源模块通过所述电源信号输出端输出电源信号之前，还包括：控制电连接的所述待测元件电源信号输入端与所述电源模块的电源信号输出端断开，并控制电连接的所述待测元件的信号输出端与所述第一运算放大器的反向输入端断开；

控制所述电源模块通过所述电源信号输出端输出电源信号；

控制所述电压调节模块调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第一信号输出端，调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第二信号输出端；

控制所述第一运算放大器根据所述正向输入端和所述反向输入端的输入信号输出信号至所述第一运算放大器的信号输出端；

控制所述电流检测模块根据所述电流检测模块的检测信号输入端的输入信号获取零点电流值；

控制所述待测元件电源信号输入端与所述电源模块的电源信号输出端电连接，并控制所述待测元件的信号输出端与所述第一运算放大器的反向输入端电连接；

相应的，所述控制所述电流检测模块根据所述电流检测模块的检测信号输入端的输入信号测量所述待测元件信号输出端输出信号的电流值包括：

控制所述电流检测模块根据所述电流检测模块的检测信号输入端的输入信号以及所述零点电流值获取所述待测元件信号输出端输出信号的电流值。

本发明通过电流测量电路中向第一运算放大器提供电源信号的电源模块对待测元件提供电源信号形成电流，设置电压调节模块的第一信号输出端与第一运算放大器的第一电源信号输入端电连接，第二信号输出端与第一运算放大器的第二电源信号输入端电连接，电压调节模块可以调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第一信号输出端，调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第二信号输出端，且第一信号输出端输出信号的电平值大于信号输入端输入信号的电平值，第二信号输出端输出信号的电平值小于信号输入端输入信号的电平值，即利用电压调节模块增加了第一运算放大器的电压轨的范围，使得第一运算放大器的两电源信号输入端信号的电平值始终大于其正向输入端信号输入端信号的电平值，确保第一运算放大器的电流电压转换功能，并通过电流检测模块检测第一运算放大器输出的电平值，实现了对待测元件产生的微电流大小的检测。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电流测量电路的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的另一种电流测量电路的结构示意图。

图3是本发明提供的一种电压调节模块的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的另一种电压调节模块的结构示意图。

图5是本发明实施例提供的另一种电流测量电路的结构示意图。

图6是本发明实施例提供的另一种电流测量电路的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的另一种电流测量电路的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种电流测量方法的流程示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种电流测量方法方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种电流测量电路的结构示意图，如图1所示，该电流测量电路包括电源模块110、第一运算放大器130、电压调节模块120和电流检测模块140，电源模块110包括电源信号输出端Vin，电源信号输出端Vin分别与第一运算放大器130的正向输入端V+和待测元件150的电源信号输入端V1电连接，第一运算放大器130的反向输入端V-与待测元件150的信号输出端out1电连接。电流检测模块140包括检测信号输入端V2，检测信号输入端V2与第一运算放大器130的信号输出端Vout电连接，电流检测模块140用于根据检测信号输入端V2的输入信号测量待测元件150的信号输出端out1的输出信号的电流值。电压调节模块120包括信号输入端Vi、第一信号输出端F+和第二信号输出端F-，信号输入端Vi与电源信号输出端Vin电连接，第一信号输出端F+与第一运算放大器130的第一电源信号输入端Vf+电连接，第二信号输出端F-与第一运算放大器130的第二电源信号输入端Vf-电连接。

电压调节模块120用于调节信号输入端Vi输入信号的电平值并输出至第一信号输出端F+，以及调节信号输入端Vi输入信号的电平值并输出至第二信号输出端F-；其中，第一信号输出端F+输出信号的电平值大于信号输入端Vi输入信号的电平值，第二信号输出端F-输出信号的电平值小于信号输入端Vi输入信号的电平值。

电源模块110通过电源信号输出端Vin向待测元件150输出电源信号，使待测元件150产生微电流，电源模块110同时通过电源信号输出端Vin向第一运算放大器130的正向输入端V+输出电源信号，第一运算放大器130的待测元件150在电源信号的作用下产生电流，并通过待测元件150的信号输出端out1传输至第一运算放大器130的反向输入端V-，可以设定第一运算放大器130的信号输出端Vout与反向输入端V-之间的反馈电阻的阻值为R，则第一运算放大器130的信号输出端Vout输出的电压信号U与反向输入端V-接收的电流信号I满足如下计算公式：

U＝IR

即第一运算放大器130能够实现电流电压转换功能，第一运算放大器130输出待测元件150产生的电流所对应的电压，电流检测模块140通过对第一运算放大器130的信号输出端Vout输出信号的电平值的检测实现对待测元件所产生电流的检测。

示例性的，如图1所述，在待测元件150的信号输出端out1和第一运算放大器130的反向输入端V-之间可以串联一阻抗元件，例如可以串联一限流电阻R1，起到限流保护作用，防止加载到待测元件150上的电压过大产生过大的电流损坏第一运算放大器。

电压调节模块120用于调节第一运算放大器130的电压轨的范围。为了使第一运算放大器130能够实现电流电压转换功能，第一运算放大器130的正向输入端V+输入的电平值需在第一运算放大器130的电压轨内。电压轨是由第一运算放大器130的第一电源信号输入端Vf+的输入电平值和第二电源信号输入端Vf-的输入电平值限定形成的电压范围，即第一运算放大器130的正向输入端V+的输入电平值处于第一电源信号输入端Vf+的输入电平值和第二电源信号输入端Vf-的输入电平值形成的电压范围内时，第一运算放大器130能够实现电流电压的转换。例如第一电源信号输入端Vf+的输入电平值可以为5V，第二电源信号输入端Vf-的输入电平值可以为-5V，则第一运算放大器130的正向输入端V+的输入电平值大于等于-5V，小于等于5V时，第一运算放大器130实现电流电压的转换。

电流检测模块140根据检测信号输入端V2的输入信号确定待测单元150的信号输出端out1的电流值。电流检测模块140的检测精度与检测信号输入端V2的输入信号的量级相匹配，当电流检测模块140的检测精度不能满足检测信号输入端V2的输入信号的量级时，可以通过对检测信号输入端V2的输入信号进行放大或是衰减以匹配电流检测模块140的检测精度。电流检测模块140可以有多种实现方式，例如电压表、电压检测芯片等，本发明实施例对此不作限定。

在上述实施例的基础上，继续参考图1，该电流测量电路还可以包括第一单向导通器件201和第二单向导通器件202，第一单向导通器件201的第一端2011与第一运算放大器130的正向输入端V+电连接，第二端2012与第一运算放大器130的反向输入端V-电连接；第二单向导通器件202的第一端2021与第一运算放大器130的反向输入端V-电连接，第二端2022与第一运算放大器130的正向输入端V+电连接。

如图1所示，两个单向导通器件可以是二极管。当电源模块110输出激励信号时，第一运算放大器130的正向输入端V+和反向输入端V-两端的电位不相等，会损坏第一运算放大器130。反并联两个二极管后，可以使第一运算放大器130的正向输入端V+和反向输入端V-的电压快速相等，从而保护第一运算放大器130不被损坏。通过在第一运算放大器的正向输入端和反向输入端之间反并联两个单向导通器件，可以在电源模块输出激励信号时使第一运算放大器的正向输入端和反向输入端的电压快速相等，避免第一运算放大器因正向输入端和反向输入端的电压不相等而被损坏。

图2是本发明实施例提供的另一种电流测量电路的结构示意图，在上述技术方案的基础上，电压调节模块120可以包括第一电压调节单元121和第二电压调节单元122，第一电压调节单元121的第一端1211与第一运算放大器130的第一电源信号输入端Vf+电连接，第二端1212与电源信号输出端Vin电连接，第二电压调节单元122的第一端1221与电源信号输出端Vin电连接，第二端1222与第一运算放大器130的第二电源信号输入端Vf-电连接。其中，第一电压调节单元121的第一端1211的电平值大于第一电压调节单元121的第二端1212的电平值，第二电压调节单元122的第一端1221的电平值大于第二电压调节单元122的第二端1222的电平值。

具体的，由于第一电压调节单元121的第一端1211和第二电压调节单元122的第一端1221的电平值分别大于第一电压调节单元121的第二端1212和第二电压调节单元122的第二端1222的电平值，使第一电压调节单元121的第一端1211的电平值大于电源信号输出端Vin的电平值，第二电压调节单元122的第二端1222的电平值小于电源信号输出端Vin的电平值，且第一电压调节单元121的第一端1211与第一运算放大器130的第一电源信号输入端Vf+电连接，第二电压调节单元122的第二端1222与第一运算放大器130的第二电源信号输入端Vf-电连接，因此，第一运算放大器130的第一电源信号输入端Vf+的电平值大于电源信号输出端Vin的电平值，第二电源信号输入端Vf-的电平值小于电源信号输出端Vin的电平值，确保第一运算放大器130的正向输入端V+的输入电压始终处于其第一电源信号输入端Vf+和第二电源信号输出端Vf-输入电源信号的电平值形成的电压轨内，第一运算放大器130能够实现电流电压的转换。

示例性的，可以设置电源模块110的电源信号输出端Vin的电平值为10V，第一运算放大器130的第二电源信号输入端Vf-和第一电源信号输出端Vf+输入电源信号的电平值形成的电压轨为-5V～5V，通过第一电压调节单元121使第一运算放大器130的第一电源信号输入端Vf+的电平值为15V，大于电源信号输出端Vin的电平值，通过第二电压调节单元122使第一运算放大器130的第二电源信号输入端Vf-的电平值为5V，小于电源信号输出端Vin的电平值，电源信号输出端Vin的电平值处于第一运算放大器130的电压轨内，第一运算放大器130能够实现电流电压的转换。

图3是本发明提供的一种电压调节模块的结构示意图，在上述实施例的基础上，第一电压调节单元121和第二电压调节单元122包括恒压电源。恒压电源使得第一电压调节单元121的第一端的电平值与电源信号输出端Vin的电平值的差为定值，使得第二电压调节单元122的第二端的电平值与电源信号输出端Vin的电平值的差也为定值，可以确定第一运算放大器130的电压轨的范围。

恒压电源有多种，例如蓄电池、浮动电源等。图3示例性地设置恒压电源是蓄电池，蓄电池的电平值可以根据第一运算放大器130的电压轨进行选择。例如，当第一运算放大器的电压轨是-5V～5V时，可以设定两个蓄电池的电平值均为5V。

图4是本发明实施例提供的另一种电压调节模块的结构示意图。如图4所示，示例性地设置恒压电源为浮动V/I源，浮动V/I源的输入和输出与测试系统地之间全浮动，电流从Force H端流出，从Force L端流入，而不会流入测试系统的系统地。如图4所示，浮动V/I源包括四个端口，针对第一电压调节单元121，浮动V/I源的Force H端和Sence H端电连接形成第一电压调节单元121的第一端1211，该浮动V/I源的Force L端和Sence L端电连接形成一第一电压调节单元121的第二端1212，针对第二电压调节单元122，浮动V/I源的ForceH端与Sence H端电连接形成第二电压调节单元122的第二端1222F-，该浮动V/I源的SenceL端和Force L端电连接形成第二电压调节单元122的第一端1221，电源信号输出端Vin相当于参考“地”。

图5为本发明实施例提供的另一种电流测量电路的结构示意图，在上述各实施例的基础上，如图5所示，电流测量电路还可以包括至少两个反馈模块，这里示例性地设置电流测量电路包括两个反馈模块160，每个反馈模块的第一端均与第一运算放大器130的反向输入端V-电连接，每个反馈模块的第二端均与第一运算放大器130的信号输出端Vout电连接。每个反馈模块包括串联的第一阻抗元件Rr和开关元件K，不同反馈模块中的第一阻抗元件Rr的阻值至少相差一个数量级，且仅一个反馈模块中的开关元件K处于导通状态。

具体的，信号输出端Vout输出的电压信号的值是反向输入端V-流入的电流信号的值与第一阻抗元件Rr的电阻值的积，设置不同反馈模块中的第一阻抗元件Rr的阻值至少相差一个数量级，第一阻抗元件的阻值的数量级不同，对应第一运算放大器130的反向输入端V-的输入的电流out1的电流的数量级不同。例如，当第一运算放大器130的反向输入端V-的输入的电流out1的电流值比较小时，反馈模块中的第一阻抗元件Rr的阻值比较大，当第一运算放大器130的反向输入端V-的输入的电流out1的电流值比较大时，反馈模块中的第一阻抗元件Rr的阻值比较小，从而保证第一运算放大器130的反向输入端V-的输入的电流out1的电流值和反馈模块中第一阻抗元件Rr的阻值的乘积不变，即第一运算放大器130的信号输出端Vout的电平值不变。因此，为了确保不同的电流值对应不同的第一阻抗元件Rr的电阻值，需保证不同反馈模块中的开关单元K只有一个处于导通状态。为了使电流测量电路能够针对不同数量级的电流进行测量，可以同时并联多个反馈模块，不同的反馈模块中第一阻抗元件的阻值的数量级不同，在不改变电流检测模块的精确度的基础上使电流测量电路能够针对不同数量级的电流进行测量。

需要说明的是，图5只是示例性地设置电流测量电路中包括两个反馈模块，也可以设置电流测量电路中包括四个反馈模块，示例性地设置反馈模块中的第一阻抗元件的阻值分别为100KΩ、1MΩ、10MΩ和100MΩ，本发明实施例对电流测量电路中反馈模块的个数不作限定。

图6为本发明实施例提供的另一种电流测量电路的结构示意图，在上述实施例的基础上，如图6所示，该电流测量电路还可以包括第二运算放大器170，第一运算放大器130的信号输出端Vout通过第二运算放大器170与检测信号输入端V2电连接，第二运算放大器170的反向输入端通过第二阻抗元件R2与第一运算放大器130的信号输出端Vout电连接，第二运算放大器170的正向输入端与电源信号输出端Vin通过一阻抗元件R0电连接，第二运算放大器170的反向输入端通过第三阻抗元件R3与第二运算放大器170的信号输出端Vout1电连接，第二运算放大器170的信号输出端Vout1与检测信号输入端V2电连接，其中，第三阻抗元件R3大于第二阻抗元件R2。

具体的，由于第三阻抗元件R3大于第二阻抗元件R2，第二运算放大器170实现放大功能。第二运算放大器170的反向输入端V-通过第二阻抗元件R2与第一运算放大器130的信号输出端Vout电连接，因此第一运算放大器130的信号输出端Vout输出的电压信号值需要设置在第二运算放大器170的电压轨内，以保证第二运算放大器170的正常工作，实现放大功能。第二运算放大器170的放大倍数是第三阻抗元件R3和第二阻抗元件R2的阻值比值。例如，当第三阻抗R3的阻值是第二阻抗R2的阻值的500倍时，第二运算放大器170可以将第一运算放大器130的输出电平值放大500倍后输出至其信号输出端Vout1。通过采用第二运算放大器对第一运算放大器的信号输出端输出的电压信号进行放大，降低了对电流检测模块的测量精度要求。

图7为本发明实施例提供的另一种电流测量电路的结构示意图，在上述各实施例的基础上，如图7所示，电流测量电路还可以包括串联的第三运算放大器180和第四运算放大器190，第一运算放大器130的信号输出端Vout通过串联的第三运算放大器180和第四运算放大器190与检测信号输入端V2电连接；第三运算放大器180的反向输入端V-通过第四阻抗元件R4与第一运算放大器130的信号输出端Vout电连接，第三运算放大器180的正向输入端V+与电源信号输出端Vin通过一阻抗元件R’电连接，第三运算放大器180的信号输出端Vout2通过第五阻抗元件R5与第三运算放大器180的反向输入端V-电连接；第四运算放大器190的反向输入端V-通过第六阻抗元件R6与接地端电连接，第四运算放大器190的正向输入端V+与第三运算放大器180的信号输出端Vout2通过一阻抗元件R电连接，第四运算放大器190的反向输入端V-通过第七阻抗元件R7与第四运算放大器190的信号输出端Vout3电连接，第四运算放大器190的信号输出端Vout3与所述检测信号输入端V2电连接；其中，第五阻抗元件R5小于第四阻抗元件R4，第七阻抗元件R7大于第六阻抗元件R6。

当第一运算放大器130的信号输出端Vout输出的电平值比较大，超出了运算放大器的电压轨范围时，需要对第一运算放大器130输出的电平值进行衰减，第三运算放大器180中的第五阻抗元件R5小于第四阻抗元件R4，即可实现对第一运算放大器130输出的电平值进行衰减。衰减的幅度是第五阻抗元件R5和第四阻抗元件R4的比值。例如，当第五阻抗R5的阻值是第四阻抗R4的阻值的5倍时，第一运算放大器130的电平值衰减到原来值的五分之一。衰减后的电平值满足第四运算放大器190的电压轨范围，再通过第四运算放大器190对其进行放大检测。第四运算放大器190的放大倍数是第七阻抗元件R7和第六阻抗元件R6的阻值比。例如，当第七阻抗R7的阻值是第六阻抗R6的阻值的500倍时，第四运算放大器190对第三运算放大器180输出的电平值进行500倍放大，从而降低了对电流检测模块140的测量精度的要求。第三运算放大器180的衰减倍数和第四运算放大器190的放大倍数可以根据需要调整第五阻抗元件R5和第四阻抗元件R4的阻值比值以及第七阻抗元件R7和第六阻抗元件R6的阻值比值作相应的调整。通过第三运算放大器对第一运算放大器的输出信号进行衰减调整，使其电平值在第四运算放大器的电压轨内，第四运算放大器实现对电压信号的放大，因此降低了电流检测模块测量的精度要求，或者是在电流检测模块的测量精度不变时可以测量更微小的电流值，使电流测量电路的使用范围更广。

本发明实施例通过电流测量电路中向第一运算放大器提供电源信号的电源模块对待测元件提供电源信号形成电流，设置电压调节模块的第一信号输出端与第一运算放大器的第一电源信号输入端电连接，第二信号输出端与第一运算放大器的第二电源信号输入端电连接，电压调节模块可以调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第一信号输出端，调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第二信号输出端，且第一信号输出端输出信号的电平值大于信号输入端输入信号的电平值，第二信号输出端输出信号的电平值小于信号输入端输入信号的电平值，即利用电压调节模块增加了第一运算放大器的电压轨的范围，使得第一运算放大器的两电源信号输入端信号的电平值始终大于其正向输入端信号输入端信号的电平值，确保第一运算放大器的电流电压转换功能，并通过电流检测模块检测第一运算放大器输出的电平值，实现了对待测元件产生的微电流大小的检测。

本发明实施例还提供了一种电流测量方法，可以应用在需要测量电流的场景，可以由上述实施例所述的电流测量电路执行，图8为本发明实施例提供的一种电流测量方法的流程示意图，如图8所示，所述方法包括：

S101、控制电源模块通过电源信号输出端输出电源信号。

S102、控制电压调节模块调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第一信号输出端，调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第二信号输出端。

S103、控制第一运算放大器根据正向输入端和反向输入端的输入信号输出信号至第一运算放大器的信号输出端。

S104、控制电流检测模块根据电流检测模块的检测信号输入端的输入信号测量待测元件信号输出端输出信号的电流值。

图9是本发明实施例提供的另一种电流测量方法的流程示意图，如图9所示，在上述实施例的基础上，电流测量方法增加了步骤S201至步骤S205，电流测量方法包括：

S201、控制电连接的待测元件电源信号输入端与电源模块的电源信号输出端断开，并控制电连接的待测元件的信号输出端与第一运算放大器的反向输入端断开。

在测量待测元件信号输出端输出信号的电流值之前，空测电流测量电路的零点电流值。空测电流测量电路的零点电流值时，断开电连接的待测元件电源信号输入端与电源模块的电源信号输出端，使待测元件未连接到电流测量电路，并断开测元件的信号输出端与第一运算放大器的反向输入端的电连接。

断开待测元件待测元件电源信号输入端与电源模块的电源信号输出端的电连接和待测元件的信号输出端与第一运算放大器的反向输入的电连接可以有多种方式，例如当采用手动测量时，手动断开；或者采用自动测量时，通过在待测元件的电源信号输入端或信号输出端串联第一开关单元，控制第一开关断开。在自动测量时，控制第一开关的导通或断开可以通过控制信号的状态实现。控制信号的状态可以采用软件实现。

S202、控制电源模块通过电源信号输出端输出电源信号。

断开待测元件与电源模块和第一运算放大器的电连接后，电源模块通过电源信号输出端输出电源信号，电源模块仅对第一运算放大器提供正向输入端的输入信号。第一运算放大器的信号输出端输出电流测量电路本身存在的电流信号产生的电流，即零点电流值。

S203、控制电压调节模块调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第一信号输出端，调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第二信号输出端。

S204、控制第一运算放大器根据正向输入端和反向输入端的输入信号输出信号至第一运算放大器的信号输出端。

S205、控制电流检测模块根据电流检测模块的检测信号输入端的输入信号获取零点电流值。

获取零点电流值时，有多种方式，例如手动测量或自动测量，无论是手动测量或是自动测量，都可以进行多次，最后取测量得到的电流平均值作为电流测量电路的零点电流值。

S206、控制待测元件电源信号输入端与电源模块的电源信号输出端电连接，并控制待测元件的信号输出端与第一运算放大器的反向输入端电连接。

在获取零点电流值后，接通待测元件电源信号输入端与电源模块的电源信号输出端的电连接和待测元件的信号输出端与第一运算放大器的反向输入的电连接，开始测量待测元件信号输出端输出信号的电流值。

S207、控制电源模块通过电源信号输出端输出电源信号。

S208、控制电压调节模块调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第一信号输出端，调节信号输入端输入信号的电平值并输出至第二信号输出端。

S209、控制第一运算放大器根据正向输入端和反向输入端的输入信号输出信号至第一运算放大器的信号输出端。

S210、控制电流检测模块根据电流检测模块的检测信号输入端的输入信号测量待测元件信号输出端输出信号的电流值。

相应的，控制电流检测模块根据电流检测模块的检测信号输入端的输入信号测量待测元件信号输出端输出信号的电流值包括：

控制电流检测模块根据电流检测模块的检测信号输入端的输入信号以及零点电流值获取待测元件信号输出端输出信号的电流值。

在测量待测元件信号输出端输出信号的电流值时，待测元件信号输出端输出信号的电流值为电流检测模块测量到的电流值减去空测时电流检测模块测量到的零点电流值。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电流测量电路，其特征在于，包括：

电源模块、第一运算放大器、电压调节模块和电流检测模块；

所述电源模块包括电源信号输出端，所述电源信号输出端分别与所述第一运算放大器的正向输入端和待测元件的电源信号输入端电连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述待测元件的信号输出端电连接；

所述电流检测模块包括检测信号输入端，所述检测信号输入端与所述第一运算放大器的信号输出端电连接，所述电流检测模块用于根据所述检测信号输入端的输入信号测量所述待测元件信号输出端输出信号的电流值；

所述电压调节模块包括信号输入端、第一信号输出端和第二信号输出端，所述信号输入端与所述电源信号输出端电连接，所述第一信号输出端与所述第一运算放大器的第一电源信号输入端电连接，所述第二信号输出端与所述第一运算放大器的第二电源信号输入端电连接；

所述电压调节模块用于调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第一信号输出端，以及调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第二信号输出端；其中，所述第一信号输出端输出信号的电平值大于所述信号输入端输入信号的电平值，所述第二信号输出端输出信号的电平值小于所述信号输入端输入信号的电平值。

2.根据权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于，所述电压调节模块包括第一电压调节单元和第二电压调节单元；

所述第一电压调节单元的第一端与所述第一运算放大器的第一电源信号输入端电连接，第二端与所述电源信号输出端电连接；

所述第二电压调节单元的第一端与所述电源信号输出端电连接，第二端与所述第一运算放大器的第二电源信号输入端电连接；

其中，所述第一电压调节单元的第一端的电平值大于所述第一电压调节单元的第二端的电平值，所述第二电压调节单元的第一端的电平值大于所述第二电压调节单元的第二端的电平值。

3.根据权利要求2所述的电流测量电路，其特征在于，所述第一电压调节单元和所述第二电压调节单元包括恒压电源。

4.根据权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于，还包括：

至少两个反馈模块，每个所述反馈模块的第一端均与所述第一运算放大器的反向输入端电连接，每个所述反馈模块的第二端均与所述第一运算放大器的信号输出端电连接。

5.根据权利要求4所述的电流测量电路，其特征在于，每个所述反馈模块包括串联的第一阻抗元件和开关元件，不同所述反馈模块中的所述第一阻抗元件的阻值至少相差一个数量级，且仅一个所述反馈模块中的开关元件处于导通状态。

6.根据权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于，还包括：

第二运算放大器，所述第一运算放大器的信号输出端通过所述第二运算放大器与所述检测信号输入端电连接；

所述第二运算放大器的反向输入端通过第二阻抗元件与所述第一运算放大器的信号输出端电连接，所述第二运算放大器的正向输入端与所述电源信号输出端电连接，所述第二运算放大器的反向输入端通过第三阻抗元件与所述第二运算放大器的信号输出端电连接，所述第二运算放大器的信号输出端与所述检测信号输入端电连接；

其中，所述第三阻抗元件的阻值大于所述第二阻抗元件的阻值。

7.根据权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于，还包括：

串联的第三运算放大器和第四运算放大器，所述第一运算放大器的信号输出端通过串联的所述第三运算放大器和所述第四运算放大器与所述检测信号输入端电连接；

所述第三运算放大器的反向输入端通过第四阻抗元件与所述第一运算放大器的信号输出端电连接，所述第三运算放大器的正向输入端与所述电源信号输出端电连接，所述第三运算放大器的信号输出端通过第五阻抗元件与所述第三运算放大器的反向输入端电连接；

所述第四运算放大器的反向输入端通过第六阻抗元件与接地端电连接，所述第四运算放大器的正向输入端与所述第三运算放大器的信号输出端电连接，所述第四运算放大器的反向输入端通过第七阻抗元件与所述第四运算放大器的信号输出端电连接，所述第四运算放大器的信号输出端与所述检测信号输入端电连接；

其中，所述第五阻抗元件的阻值小于所述第四阻抗元件的阻值，所述第七阻抗元件的阻值大于所述第六阻抗元件的阻值。

8.根据权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于，还包括：

第一单向导通器件和第二单向导通器件；

所述第一单向导通器件的第一端与所述第一运算放大器的正向输入端电连接，第二端与所述第一运算放大器的反向输入端电连接；所述第二单向导通器件的第一端与所述第一运算放大器的反向输入端电连接，第二端与所述第一运算放大器的正向输入端电连接。

9.一种如权利要求1-8任一项所述电流测量电路的电流测量方法，其特征在于，包括：

控制所述电源模块通过所述电源信号输出端输出电源信号；

控制所述电压调节模块调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第一信号输出端，调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第二信号输出端；

控制所述第一运算放大器根据所述正向输入端和所述反向输入端的输入信号输出信号至所述第一运算放大器的信号输出端；

控制所述电流检测模块根据所述电流检测模块的检测信号输入端的输入信号测量所述待测元件信号输出端输出信号的电流值。

10.根据权利要求9所述的电流测量方法，其特征在于，在所述控制所述电源模块通过所述电源信号输出端输出电源信号之前，还包括：控制电连接的所述待测元件电源信号输入端与所述电源模块的电源信号输出端断开，并控制电连接的所述待测元件的信号输出端与所述第一运算放大器的反向输入端断开；

控制所述电源模块通过所述电源信号输出端输出电源信号；

控制所述电压调节模块调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第一信号输出端，调节所述信号输入端输入信号的电平值并输出至所述第二信号输出端；

控制所述第一运算放大器根据所述正向输入端和所述反向输入端的输入信号输出信号至所述第一运算放大器的信号输出端；

控制所述电流检测模块根据所述电流检测模块的检测信号输入端的输入信号获取零点电流值；

控制所述待测元件电源信号输入端与所述电源模块的电源信号输出端电连接，并控制所述待测元件的信号输出端与所述第一运算放大器的反向输入端电连接；

相应的，所述控制所述电流检测模块根据所述电流检测模块的检测信号输入端的输入信号测量所述待测元件信号输出端输出信号的电流值包括：

控制所述电流检测模块根据所述电流检测模块的检测信号输入端的输入信号以及所述零点电流值获取所述待测元件信号输出端输出信号的电流值。

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