CN113108814A - 多通道电阻电路及装置 - Google Patents
多通道电阻电路及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113108814A CN113108814A CN202110270735.6A CN202110270735A CN113108814A CN 113108814 A CN113108814 A CN 113108814A CN 202110270735 A CN202110270735 A CN 202110270735A CN 113108814 A CN113108814 A CN 113108814A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resistor
- unit
- operational amplifier
- voltage
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/16—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
本发明提供一种多通道电阻电路及装置，该电路包括控制模块及多个电阻通道，第一连接端及第二连接端用于与外部电路连接；控制模块用于向DAC单元发送控制信号，以使DAC单元输出不同电压；比例减法单元用于根据采样电阻两端的电压，向DAC单元提供参考电压；电压跟随比例放大单元用于根据DAC单元输出的电压，调节第一连接端与第二连接端之间电压与电流的比值，第一连接端与第二连接端的等效电阻，可以对输出即电阻进行调节，由于输出等效电阻只与DAC单元输出的电压与采样电阻的阻值有关，与外部测试电流无关，能应用于各类阻值监控系统。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种多通道电阻电路及装置。
背景技术
在工业控制领域广泛应用着阻性传感器件及阻性负载器件，如温度传感器、压敏电阻等将温度、电压等信息转化为阻值信号进行传递。在电子系统开发及检修过程中，单纯依靠实际所使用的阻性负载和阻性传感器不仅其本身成本高昂，而要使阻性负载随意可变、传感器产生各种各样的阻值信号，需要使阻性负载可调可控、传感器工作在各种特定的环境当中，要达成这种条件难度可想而知。
为了满足电子系统对阻性负载及阻值信号的需求，催生出了电阻卡、电阻箱等这类电阻产品及装置。对这类装置的最基本要求是所提供阻值程控可变，另外很多应用场合需要满足精度高、电阻通道数量多、阻值变化速度快而达到曲线模拟的要求。
目前存在的电阻装置主要有以下几种：
(1)传统电阻箱，其体积大笨重，操作复杂，在多通道阻值模拟时难以满足自动化测试的需求。
(2)数字电位器，也叫数控可编程电阻器，其内部结构原理类似于滑动变阻器，目前市场上数字电位器最高10位分辨率，端对端电阻在1KΩ以上，步进电阻较大，且端对端电阻误差较大，通常可达到20％。
(3)可编程电阻阵列，其为多个高精度电阻与继电器排列组合，通过逻辑芯片控制各个继电器的通断，达到特定的阻值输出。该方法能得到很高精度的电阻输出，但由于采用大量的高精度电阻和继电器，价格高昂。特别在多路通道要求下，成本更高，占用空间更大，且更新电阻阻值时，需要完成大量继电器动作，更新速率较慢，阻值更新跳变不连续。
(4)压控电阻，其通过控制模拟输出的两端电压或流过的电流大小来实现对电阻特性的模拟，使输出端等效于各种阻值的电阻。这种方法易于控制，阻值更新快，很容易能输出各种各样的阻值曲线，而且成本低廉，易于集成多通道。但目前这类装置大多只适用于固定已知大小恒流源或恒压源，应用场所相当有限，实用性不高。
因此，现有技术有待进一步改进。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种多通道电阻电路及装置。
在其中一个实施例中，提供一种多通道电阻电路，该电路包括：控制模块及多个电阻通道，控制模块分别与多个所述电阻通道的控制端连接；
每一所述电阻通道包括第一连接端、第二连接端、DAC单元、采样电阻、电压跟随比例放大单元及带输入缓冲的比例减法单元；
所述控制模块与所述DAC单元的控制端连接，所述DAC单元的输出端与所述电压跟随比例放大单元的输入端连接，所述电压跟随比例放大单元的输出端与所述采样电阻的第一端连接，所述采样电阻的第二端与所述第一连接端连接，所述采样电阻的第一端还与所述比例减法单元的第一输入端连接，所述采样电阻的第二输入端还与所述比例减法单元的第二输入端连接，所述比例减法单元的输出端与所述DAC单元的第一参考电压输入端连接，所述DAC单元的第二参考电压输入端用于连接模拟地，所述第二连接端用于与所述模拟地连接；
所述第一连接端及所述第二连接端用于与外部电路连接；
所述控制模块用于向所述DAC单元发送控制信号，以使所述DAC单元输出控制电压；
所述比例减法单元用于根据采样电阻两端的电压，向所述DAC单元提供参考电压；
所述电压跟随比例放大单元用于根据所述DAC单元输出的控制电压，调节所述第一连接端与所述第二连接端之间电压与电流的比值。
在其中一个实施例中，每一所述电阻通道还包括隔离电源单元，所述隔离电源单元分别与各所述第二连接端连接，所述隔离电源单元用于将各所述第二连接端所连接的模拟地相互隔离。
在其中一个实施例中，所述隔离电源单元为隔离电源芯片。
在其中一个实施例中，所述比例减法单元包括第一运放器、第二运放器、第三运放器、电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4，所述第一运放器的同相输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述第一运放器的反相输入端与所述第一运放器的输出端连接，所述第一运放器的输出端通过所述电阻R1与所述第三运放器的同相输入端连接，所述第三运放器的同相输入端还用于通过所述电阻R2接地，所述第二运放器的同相输入端与所述采样电阻的第一端连接，所述第二运放器的反相输入端与所述第二运放器的输出端连接，所述第二运放器的输出端通过所述电阻R3与所述第三运放器的反相输入端连接，所述第三运放器的反相输入端还通过所述电阻R4与所述第三运放器的输出端连接，所述第三运放器的输出端与所述DAC单元的第一参考电压输入端连接。
在其中一个实施例中，所述电阻R1与所述电阻R2的阻值比值记为第一比值，所述电阻R3与所述电阻R4的阻值比值记为第二比值，所述第一比值与所述第二比值相等。
在其中一个实施例中，所述电阻R1、所述电阻R2、所述电阻R3及所述电阻R4的阻值相等。
在其中一个实施例中，所述DAC单元具有多个控制端，所述DAC单元的每一控制端分别与所述控制模块连接。
在其中一个实施例中，所述电压跟随比例放大单元包括第四运放器、电阻R5及电阻R6，所述DAC单元的输出端通过所述电阻R5与所述第四运放器的同相输入端连接，所述第四运放器的反相输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述第四运放器的输出端与所述采样电阻的第一端连接。
在其中一个实施例中，所述电阻通道还包括ADC单元，所述ADC单元分别与所述第一连接端及所述比例减法单元的输出端连接，所述ADC单元用于采集所述第一连接端的电压及所述DAC单元输入的参考电压。
在其中一个实施例中，提供一种多通道电阻装置，该装置包括上述任一实施例中所述的多通道电阻电路。
上述多通道电阻电路及装置，设置多个电阻通道，每一电阻通道的第一连接端和第二连接端等效于电阻的两端，其中，第一连接端为信号输入端，第二连接端为信号输出端，通过设置电压跟随比例放大单元及带输入缓冲的比例减法单元，电压跟随比例放大单元起到电压跟随比例放大的作用，比例减法单元采集采样电阻两端的电压反作用到DAC单元的参考电压输入端；使得第一连接端与第二连接端之间的电压与电流比值，即第一连接端与第二连接端的电路特性等效于一电阻，且该等效电阻的阻值只与DAC单元输出的电压与采样电阻的阻值有关，与外部测试电流无关，能应用于各类阻值监控系统；由于采样电阻的阻值是固定的，因此，通过控制模块控制DAC单元输出不同的电压，可以实现第一连接端与第二连接端之间的等效电阻阻值可调，以输出不同阻值的等效电阻，形成多个电阻输出。
附图说明
图1为本发明一个实施例中多通道电阻电路的结构框图；
图2为本发明一个实施例中DAC单元的电路原理图；
图3为本发明一个实施例中电阻通道的电路原理图；
图4为多通道电阻电路未使用隔离电源单元时输出等效电阻示意图；
图5为多通道电阻电路使用隔离电源单元时输出等效电阻示意图；
图6为本发明一个实施例中ADC单元的电路原理图；
图7为本发明又一实施例中多通道电阻电路的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在其中一个实施例中，提供一种多通道电阻电路，该电路包括：控制模块及多个电阻通道，控制模块分别与多个所述电阻通道的控制端连接；
每一所述电阻通道包括第一连接端、第二连接端、DAC(Digital to analogconverte，数模转换器)单元、采样电阻、电压跟随比例放大单元及带输入缓冲的比例减法单元；
所述控制模块与所述DAC单元的控制端连接，所述DAC单元的输出端与所述电压跟随比例放大单元的输入端连接，所述电压跟随比例放大单元的输出端与所述采样电阻的第一端连接，所述采样电阻的第二端与所述第一连接端连接，所述采样电阻的第一端还与所述比例减法单元的第一输入端连接，所述采样电阻的第二输入端还与所述比例减法单元的第二输入端连接，所述比例减法单元的输出端与所述DAC单元的第一参考电压输入端连接，所述DAC单元的第二参考电压输入端用于连接模拟地，所述第二连接端用于与所述模拟地连接；
所述第一连接端及所述第二连接端用于与外部电路连接；
所述控制模块用于向所述DAC单元发送控制信号，以使所述DAC单元输出控制电压；
所述比例减法单元用于根据采样电阻两端的电压，向所述DAC单元提供参考电压；
所述电压跟随比例放大单元用于根据所述DAC单元输出的控制电压，调节所述第一连接端与所述第二连接端之间电压与电流的比值。
上述多通道电阻电路，设置多个电阻通道，每一电阻通道的第一连接端和第二连接端等效于电阻的两端，其中，第一连接端为信号输入端，第二连接端为信号输出端，通过设置电压跟随比例放大单元及带输入缓冲的比例减法单元，电压跟随比例放大单元起到电压跟随比例放大的作用，比例减法单元采集采样电阻两端的电压反作用到DAC单元的参考电压输入端；使得第一连接端与第二连接端之间的电压与电流比值，即第一连接端与第二连接端的电路特性等效于一电阻，且该等效电阻的阻值只与DAC单元输出的电压与采样电阻的阻值有关，与外部测试电流无关，能应用于各类阻值监控系统；由于采样电阻的阻值是固定的，因此，通过控制模块控制DAC单元输出不同的电压，可以实现第一连接端与第二连接端之间的等效电阻阻值可调，以输出不同阻值的等效电阻，形成多个电阻输出。
请参阅图1，在其中一个实施例中，一种多通道电阻电路10，该电路包括：控制模块100及多个电阻通道200，所述控制模块100分别与多个所述电阻通道200的控制端连接；
每一所述电阻通道200包括第一连接端240、第二连接端250、DAC单元210、采样电阻Rs、电压跟随比例放大单元220及带输入缓冲的比例减法单元230；
所述控制模块100与所述DAC单元210的控制端连接，所述DAC单元210的输出端与所述电压跟随比例放大单元220的输入端连接，所述电压跟随比例放大单元220的输出端与所述采样电阻Rs的第一端连接，所述采样电阻Rs的第二端与所述第一连接端240连接，所述采样电阻Rs的第一端还与所述比例减法单元230的第一输入端连接，所述采样电阻Rs的第二输入端还与所述比例减法单元230的第二输入端连接，所述比例减法单元230的输出端与所述DAC单元210的第一参考电压输入端连接，所述DAC单元210的第二参考电压输入端用于连接模拟地，所述第二连接端250用于与所述模拟地连接；
所述第一连接端及所述第二连接端用于与外部电路连接；
所述控制模块用于向所述DAC单元发送控制信号，以使所述DAC单元输出控制电压；
所述比例减法单元用于根据采样电阻两端的电压，向所述DAC单元提供参考电压；
所述电压跟随比例放大单元用于根据所述DAC单元输出的控制电压，调节所述第一连接端与所述第二连接端之间电压与电流的比值。
具体的，所述电阻通道的数量有多个，所述第一连接端及所述第二连接端的数量有多个，所述控制模块分别与每一所述DAC单元的控制端连接，每一所述第一连接端与一所述采样电阻的第二端连接，所述第二连接端用于与一所述模拟地连接。具体的，通过设置多个电阻通道，每一电阻通道的第一连接端及第二连接端等效于一可调电阻，以使多通道电阻电路具有多通道电阻输出功能，也就是形成多个可调电阻。
具体的，控制模块用于向DAC模块发送控制信号，例如，控制模块用于通过通讯接口电路与外部控制系统通讯，接收外部控制系统的命令，向DAC模块发送对应的控制信号。又例如，用户通过操控控制模块，以使控制模块输出不同的控制信号，对电阻通道中的DAC模块的输出进行控制。在其中一个实施例中，控制模块可以采用满足系统通讯和控制功能要求的各类芯片，例如，DSP(Digital Signal Process，数字信号处理)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)、MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)等。
具体的，请参阅图2，DAC单元根据需要可采用串行或并行输入型，DAC单元具有多个控制端，DAC单元的每一控制端分别与控制模块连接，也就是说，控制模块具有多个输出端，DAC单元的每一控制端与控制模块的一输出端连接。DAC单元的具体电路如图2所示，图2中DB0～DB15端即为DAC单元的控制端，VREF+端为DAC单元的第一参考电压输入端，VREF-为DAC单元的第二参考电压输入端，VOUT端为DAC单元的输出端。假设，DAC单元输入的参考电压为Vref，DAC单元的控制端数量为N，控制端接收的控制信号转化成十进制大小为D，则DAC单元输出的电压为Vo1＝Vref*D/2N。如此，DAC单元可以根据控制模块输出的控制信号，输出不同的电压，且DAC单元电压调节为N位精度。
具体的，第一连接端和第二连接端用于与外部电路连接，第一连接端及第二连接端等效成电阻两端。外部激励信号从第一连接端输入，从第二连接端输出。电压跟随比例放大单元及带输入缓冲的比例减法单元构成运放电路。所述比例减法单元用于根据采样电阻两端的电压，向所述DAC单元提供参考电压；所述电压跟随比例放大单元用于根据所述DAC单元输出的电压，调节所述第一连接端与所述第二连接端之间电压与电流的比值，由于两点之间的电压与电流比值等效于电阻的阻值，因此，第一连接端与第二连接端在电路特性上可以等效成电阻的两端，且该等效电阻只与DAC单元输出的电压与采样电阻的阻值有关，与外部测试电流无关，能应用于各类阻值监控系统。此外，可以通过控制模块输出不同的控制信号，以使DAC单元输出不同的电压，实现第一连接端与第二连接端形成的等效电阻的阻值可调。也就是说，所述电压跟随比例放大单元用于根据所述DAC单元输出的电压，调节所述第一连接端与所述第二连接端之间电压与电流的比值。
上述多通道电阻电路，设置多个电阻通道，每一电阻通道的第一连接端和第二连接端等效于电阻的两端，其中，第一连接端为信号输入端，第二连接端为信号输出端，通过设置电压跟随比例放大单元及带输入缓冲的比例减法单元，电压跟随比例放大单元起到电压跟随比例放大的作用，比例减法单元采集采样电阻两端的电压反作用到DAC单元的参考电压输入端；使得第一连接端与第二连接端之间的电压与电流比值，即第一连接端与第二连接端的电路特性等效于一电阻，且该等效电阻的阻值只与DAC单元输出的电压与采样电阻的阻值有关，与外部测试电流无关，能应用于各类阻值监控系统；由于采样电阻的阻值是固定的，因此，通过控制模块控制DAC单元输出不同的电压，可以实现第一连接端与第二连接端之间的等效电阻阻值可调，以输出不同阻值的等效电阻，形成多个电阻输出。
请参阅图7，在其中一个实施例中，每一所述电阻通道还包括隔离电源单元，所述隔离电源单元分别与各所述第二连接端连接，所述隔离电源单元用于将各所述第二连接端所连接的模拟地相互隔离。具体的，多通道电阻电路具有多个电阻通道，而每一电阻通道的第二连接端与模拟地连接，也就是等效电阻的一端均与模拟地连接，如果不将各电阻通道的第二连接端相互隔离，则多通道电阻电路的等效电阻如图4所示，不满足很多应用场合的要求，因此，对每个电阻通道分别采用隔离电源单元，隔离电源单元单独对电阻通道的模拟电路部分，即DAC单元的模拟电路部分及运放电路部分供电，使得电阻卡数字地DGND域模拟地AGND分隔开，并且每个电阻通道的模拟地都相互隔离，各个通道之间互不干扰，最终形成独立的电阻通道，等效电路如图5所述，可以应用于各种中场合，实用性大大提高。在其中一个实施例中，所述隔离电源单元为隔离电源芯片。
请参阅图1、图2及图3，在其中一个实施例中，所述比例减法单元包括第一运放器U2C、第二运放器U2D、第三运放器U2B、电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4，所述第一运放器U2C的同相输入端与所述采样电阻Rs的第二端连接，所述第一运放器U2C的反相输入端与所述第一运放器UC2的输出端连接，所述第一运放器UC2的输出端通过所述电阻R1与所述第三运放器U2B的同相输入端连接，所述第三运放器U2B的同相输入端还用于通过所述电阻R2接地，所述第二运放器U2D的同相输入端与所述采样电阻Rs的第一端连接，所述第二运放器U2D的反相输入端与所述第二运放器U2D的输出端连接，所述第二运放器U2D的输出端通过所述电阻R3与所述第三运放器U2A的反相输入端连接，所述第三运放器U2B的反相输入端还通过所述电阻R4与所述第三运放器U2B的输出端连接，所述第三运放器U2B的输出端与所述DAC单元210的第一参考电压输入端连接。
具体的，通过第一运放器、第二运放器、第三运放器及周围电阻构成带输入缓冲的比例减法单元，可以提供两端匹配的高阻抗以便使输入源阻抗对电路共模抑制的影响为最小。另外需说明的是，图3中第三运放器U2B的输出端标示有Vref，而图2中的DAC单元的VREF+管脚同样标示有Vref，即代表图3中的第三运放器U2B的输出端与图2中的DAC单元的VREF+管脚相连接，其他标示同理，不再赘述。
在其中一个实施例中，所述电阻R1与所述电阻R2的阻值比值记为第一比值，所述电阻R3与所述电阻R4的阻值比值记为第二比值，所述第一比值与所述第二比值相等。在其中一个实施例中，所述电阻R1、所述电阻R2、所述电阻R3及所述电阻R4的阻值相等。具体的，所述电阻R1与所述电阻R2的阻值比值记为第一比值，所述电阻R3与所述电阻R4的阻值比值记为第二比值，所述第一比值与所述第二比值相等，即R2/R1＝R4/R3。当R2/R1＝R4/R3时带输入缓冲的比例减法单元输出的参考电压Vref可以简化为Vref＝IRs*R2/R1，以便于计算。
请参阅图2，在其中一个实施例中，所述DAC单元具有多个个控制端，所述DAC单元的每一控制端分别与所述控制模块连接。具体的，DAC单元根据需要可采用串行或并行输入型，DAC单元具有多个控制端，例如控制端的数量为N个，DAC单元的每一控制端分别与控制模块连接，也就是说，控制模块具有多个输出端，DAC单元的每一控制端与控制模块的一输出端连接。DAC单元的具体电路如图2所示，图2中DB0～DB15端即为DAC单元的控制端，VREF+端为DAC单元的第一参考电压输入端，VREF-为DAC单元的第二参考电压输入端，VOUT端为DAC单元的输出端。假设，DAC单元输入的参考电压为Vref，DAC单元的控制端数量为N，控制端接收的控制信号转化成十进制大小为D，则DAC单元输出的电压为Vo1＝Vref*D/2N。如此，DAC单元可以根据控制模块输出的控制信号，输出不同的电压，且DAC单元电压调节为N位精度。本实施例中，DAC单元的控制端数量有16个，即管脚DB0～DB15。
请参阅图1、图2及图3，在其中一个实施例中，所述电压跟随比例放大单元220包括第四运放器U2A、电阻R5及电阻R6，所述DAC单元210的输出端通过所述电阻R5与所述第四运放器U2A的同相输入端连接，所述第四运放器U2A的反相输入端与所述采样电阻Rs的第二端连接，所述第四运放器U2A的输出端与所述采样电阻Rs的第一端连接。在其中一个实施例中，所述电压跟随比例放大单元220还包括电阻R7及电容C2，所述第四运放器U2A的反相输入端通过所述电阻R7与所述采样电阻Rs的第二端连接，所述第四运放器U2A的反相输入端还通过所述电容C2与所述采样电阻Rs的第二端连接。需说明的是，为了便于附图实例，在图3中，将第一连接端用a点表示，第二连接端用b点表示；同理，图4、图5及图7中的a即代表第一连接端，b代表第二连接端。
请参阅图6及图7，在其中一个实施例中，每一所述电阻通道还包括ADC(Analog-to-digital converter，模数转换器)模块，所述ADC单元分别与所述第一连接端及所述比例减法单元的输出端连接，所述ADC单元用于采集所述第一连接端的电压及所述DAC单元输入的参考电压。具体的，ADC单元的目的是通过采集DAC单元输入的参考电压及第一连接端的电压大小，一方面可以知道第一连接端所输入的激励电流信号的大小，即输出端所输入的激励电流信号的大小，另一方面可以确认输出端的实际电阻输出跟所设定输出电阻大小一样，并且在一些高精度要求应用场合中能够根据实际输出与所设定输出的偏差来展开微调形成反馈控制，从而提高输出精度。可根据需要，将ADC单元采用多通道串行或并行输出型或两个ADC芯片分别采集DAC单元输入的参考电压及第一连接端的电压大小DAC单元输入的参考电压及第一连接端的电压大小。
请参阅图1至7，以下是一具体实施例，一种多通道电阻电路，该电路包括：控制模块及多个电阻通道；所述控制模块与多个电阻通的控制端连接；
每一所述电阻通道包括第一连接端、第二连接端、DAC单元、采样电阻、电压跟随比例放大单元、隔离电源单元、ADC单元及带输入缓冲的比例减法单元；
所述控制模块与所述DAC单元的控制端连接，所述DAC单元的输出端与所述电压跟随比例放大单元的输入端连接，所述电压跟随比例放大单元的输出端与所述采样电阻的第一端连接，所述采样电阻的第二端与所述第一连接端连接，所述采样电阻的第一端还与所述比例减法单元的第一输入端连接，所述采样电阻的第二输入端还与所述比例减法单元的第二输入端连接，所述比例减法单元的输出端与所述DAC单元的第一参考电压输入端连接，所述DAC单元的第二参考电压输入端用于连接模拟地，所述第二连接端用于与所述模拟地连接；所述隔离电源单元分别与各所述第二连接端连接；所述ADC单元分别与所述第一连接端及所述比例减法单元的输出端连接。
所述第一连接端及所述第二连接端用于与外部电路连接；
所述控制模块用于向所述DAC单元发送控制信号，以使所述DAC单元输出控制电压；
所述比例减法单元用于根据采样电阻两端的电压，向所述DAC单元提供参考电压；
所述电压跟随比例放大单元用于根据所述DAC单元输出的控制电压，调节所述第一连接端与所述第二连接端之间电压与电流的比值；
所述隔离电源单元用于将各所述第二连接端所连接的模拟地相互隔离；
所述ADC单元用于采集所述第一连接端的电压及所述DAC单元输入的参考电压。
进一步地，所述比例减法单元包括第一运放器、第二运放器、第三运放器、电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4，所述第一运放器的同相输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述第一运放器的反相输入端与所述第一运放器的输出端连接，所述第一运放器的输出端通过所述电阻R1与所述第三运放器的同相输入端连接，所述第三运放器的同相输入端还用于通过所述电阻R2接地，所述第二运放器的同相输入端与所述采样电阻的第一端连接，所述第二运放器的反相输入端与所述第二运放器的输出端连接，所述第二运放器的输出端通过所述电阻R3与所述第三运放器的反相输入端连接，所述第三运放器的反相输入端还通过所述电阻R4与所述第三运放器的输出端连接，所述第三运放器的输出端与所述DAC单元的第一参考电压输入端连接；所述电阻R1与所述电阻R2的阻值比值记为第一比值，所述电阻R3与所述电阻R4的阻值比值记为第二比值，所述第一比值与所述第二比值相等；所述电压跟随比例放大单元包括第四运放器、电阻R5及电阻R6，所述DAC单元的输出端通过所述电阻R5与所述第四运放器的同相输入端连接，所述第四运放器的反相输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述第四运放器的输出端与所述采样电阻的第一端连接。所述电压跟随比例放大单元还包括电阻R7及电容C2，所述第四运放器的反相输入端通过所述电阻R7与所述采样电阻的第二端连接，所述第四运放器的反相输入端还通过所述电容C2与所述采样电阻的第二端连接。
需说明的是，电阻通道中的采样电阻、电压跟随比例放大单元及带输入缓冲的比例减法单元构成图7中的运放电路，为了便于示图，将采样电阻、电压跟随比例放大单元及带输入缓冲的比例减法单元简化成运放电路示意。其具体的电路连接关系可参照图2和图3。
具体的，DAC单元根据需要可采用串行或并行输入型，DAC单元具有多个控制端，DAC单元的每一控制端分别与控制模块连接，也就是说，控制模块具有多个输出端，DAC单元的每一控制端与控制模块的一输出端连接。DAC单元的具体电路如图2所示，图2中DB0～DB15端即为DAC单元的控制端，VREF+端为DAC单元的第一参考电压输入端，VREF-为DAC单元的第二参考电压输入端，VOUT端为DAC单元的输出端。假设，DAC单元输入的参考电压为Vref，DAC单元的控制端数量为N，控制端接收的控制信号转化成十进制大小为D，则DAC单元输出的电压为Vo1＝Vref*D/2N。如此，DAC单元可以根据控制模块输出的控制信号，输出不同的电压，且DAC单元电压调节为N位精度。本实施例中N为16。另外，控制模块由外部控制系统通讯控制。
电压跟随放大模块为第四运放器及其周围的R5、R6、Rs构成，第四运放器的同相输入端为DAC单元输出电压Vo1，Rs为采样电阻，测试电流I从第一连接端输入，第二连接端输出，则第一连接端与第二连接端两点间电压为Vo＝Vo1*R6/(R5+R6)。第一运放器、第二运放器、第三运放器及其周围电阻构成带输入缓冲的比例减法单元，当R2/R1＝R4/R3时，有Vref＝IRs*R2/R1，又由上述DAC单元输出的电压中分析可知Vo1＝Vref*D/2N，可得第一连接端与第二连接端两点间等效电阻R＝Vo/I＝Rs*(R2/R1)*(R6/(R5+R6))*D/2N，等效电阻R只与DAC片芯输入数据D和内部电路所采用固定电阻值有关，与外部测试电流I大小无关，因此能应用于各类阻值监控系统。测试电流输入第一连接端及第二连接端两端电路特性等效于一可变电阻R，该电阻R范围为0～Rs*R2/R1，步进电阻值为(1/2N)*(R2/R1)*Rs，当取R1＝R2＝R6＝10kΩ，R5＝0Ω，Rs＝1000Ω，DAC精度N＝16时，等效电阻R＝1000*D/65536Ω，等效电阻R取值范围为0Ω～1000Ω，程控可变电阻最小步进为0.015Ω。
ADC单元输入电压为采样电阻Rs两端电压经减法器电路后所得电压Vref＝IRs*R2/R1，ADC单元输入参考电压为一定值V1，该电压为固定已知电压，可由LDO稳压芯片、ADC内部参考电压等方式提供。ADC单元输出数据D1至控制模块。ADC芯片为X位精度时，则ADC芯片输出数据D1＝2X*Vref/V1＝2X*(IRs*R2)/(R1*V1)，由此可测得测试电流I＝(V1/Rs)*(R1/R2)*D1/2X。当取V1＝5V，R1＝R2＝10kΩ，Rs＝1000Ω,ADC单元精度X＝16，测得ADC芯片输出数据D1＝26214时，便可得测试电流I＝2mA。通过ADC单元得出Vo电压后，即可求得输出端的实际输出阻值R＝Vo/I，将其与设定值比较，确保输出无误，并可实现误差校正与闭环反馈控制。
综上所述，本申请所提供的多通道电阻电路至少具有以下有益效果：
(1)、该多通道电阻电路采用DAC方式实现的程控可变电阻，阻值变化响应速度快，电路结构简单，易于多通道集成，同时采用高精度DAC单元可以使可设置的阻值步进很小，从而达到较高的分辨率；
(2)、该多通道电阻电路为一种压控电阻，与以往压控电阻简单的控制输出端的电压或电流相比，完美的模拟了输出端的电阻特性，因而能适应各类阻值检测方式；
(3)、该多通道电阻电路虽然采用设计电路来模拟电阻的方式，但各个电阻信号通道之间能够相互隔离，不会相互影响干扰，更接近实际电阻电气特性。
(4)、该多通道电阻电路采用ADC单元可以实现每个通道输入激励电流信号的采集，并可对实际输出阻值进行检测，确保输出无误，方便校正误差与闭环反馈控制。
在其中一个实施例中，提供一种多通道电阻装置，该装置包括上述任一实施例中所述的多通道电阻电路。
在其中一个实施例中，所述多通道电阻电路包括控制模块及多个电阻通道，所述控制模块分别与多个所述电阻通道的控制端连接，每一所述电阻通道包括第一连接端、第二连接端、DAC单元、采样电阻、电压跟随比例放大单元及带输入缓冲的比例减法单元；
所述控制模块与所述DAC单元的控制端连接，所述DAC单元的输出端与所述电压跟随比例放大单元的输入端连接，所述电压跟随比例放大单元的输出端与所述采样电阻的第一端连接，所述采样电阻的第二端与所述第一连接端连接，所述采样电阻的第一端还与所述比例减法单元的第一输入端连接，所述采样电阻的第二输入端还与所述比例减法单元的第二输入端连接，所述比例减法单元的输出端与所述DAC单元的第一参考电压输入端连接，所述DAC单元的第二参考电压输入端用于连接模拟地，所述第二连接端用于与所述模拟地连接；
所述第一连接端及所述第二连接端用于与外部电路连接；
所述控制模块用于向所述DAC单元发送控制信号，以使所述DAC单元输出控制电压；
所述比例减法单元用于根据采样电阻两端的电压，向所述DAC单元提供参考电压；
所述电压跟随比例放大单元用于根据所述DAC单元输出的控制电压，调节所述第一连接端与所述第二连接端之间电压与电流的比值。
上述多通道电阻装置，第一连接端和第二连接端等效于电阻的两端，其中，第一连接端为信号输入端，第二连接端为信号输出端，通过设置电压跟随比例放大单元及带输入缓冲的比例减法单元，电压跟随比例放大单元起到电压跟随比例放大的作用，比例减法单元采集采样电阻两端的电压反作用到DAC单元的参考电压输入端；使得第一连接端与第二连接端之间的电压与电流比值，即第一连接端与第二连接端的电路特性等效于一电阻，且该等效电阻的阻值只与DAC单元输出的电压与采样电阻的阻值有关，与外部测试电流无关，能应用于各类阻值监控系统；由于采样电阻的阻值是固定的，因此，通过控制模块控制DAC单元输出不同的电压，可以实现第一连接端与第二连接端之间的等效电阻阻值可调，以输出不同阻值的等效电阻。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种多通道电阻电路，其特征在于，包括：控制模块及多个电阻通道，所述控制模块分别与多个所述电阻通道的控制端连接；
每一所述电阻通道包括第一连接端、第二连接端、DAC单元、采样电阻、电压跟随比例放大单元及带输入缓冲的比例减法单元；
所述控制模块与所述DAC单元的控制端连接，所述DAC单元的输出端与所述电压跟随比例放大单元的输入端连接，所述电压跟随比例放大单元的输出端与所述采样电阻的第一端连接，所述采样电阻的第二端与所述第一连接端连接，所述采样电阻的第一端还与所述比例减法单元的第一输入端连接，所述采样电阻的第二输入端还与所述比例减法单元的第二输入端连接，所述比例减法单元的输出端与所述DAC单元的第一参考电压输入端连接，所述DAC单元的第二参考电压输入端用于连接模拟地，所述第二连接端用于与所述模拟地连接；
所述第一连接端及所述第二连接端用于与外部电路连接；
所述控制模块用于向所述DAC单元发送控制信号，以使所述DAC单元输出控制电压；
所述比例减法单元用于根据采样电阻两端的电压，向所述DAC单元提供参考电压；
所述电压跟随比例放大单元用于根据所述DAC单元输出的控制电压，调节所述第一连接端与所述第二连接端之间电压与电流的比值。
2.根据权利要求1所述的多通道电阻电路，其特征在于，每一所述电阻通道还包括隔离电源单元，所述隔离电源单元分别与各所述第二连接端连接，所述隔离电源单元用于将各所述第二连接端所连接的模拟地相互隔离。
3.根据权利要求2所述的多通道电阻电路，其特征在于，所述隔离电源单元为隔离电源芯片。
4.根据权利要求1所述的多通道电阻电路，其特征在于，所述比例减法单元包括第一运放器、第二运放器、第三运放器、电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4，所述第一运放器的同相输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述第一运放器的反相输入端与所述第一运放器的输出端连接，所述第一运放器的输出端通过所述电阻R1与所述第三运放器的同相输入端连接，所述第三运放器的同相输入端还用于通过所述电阻R2接地，所述第二运放器的同相输入端与所述采样电阻的第一端连接，所述第二运放器的反相输入端与所述第二运放器的输出端连接，所述第二运放器的输出端通过所述电阻R3与所述第三运放器的反相输入端连接，所述第三运放器的反相输入端还通过所述电阻R4与所述第三运放器的输出端连接，所述第三运放器的输出端与所述DAC单元的第一参考电压输入端连接。
5.根据权利要求4所述的多通道电阻电路，其特征在于，所述电阻R1与所述电阻R2的阻值比值记为第一比值，所述电阻R3与所述电阻R4的阻值比值记为第二比值，所述第一比值与所述第二比值相等。
6.根据权利要求5所述的多通道电阻电路，其特征在于，所述电阻R1、所述电阻R2、所述电阻R3及所述电阻R4的阻值相等。
7.根据权利要求1所述的多通道电阻电路，其特征在于，所述DAC单元具有多个控制端，所述DAC单元的每一控制端分别与所述控制模块连接。
8.根据权利要求1所述的多通道电阻电路，其特征在于，所述电压跟随比例放大单元包括第四运放器、电阻R5及电阻R6，所述DAC单元的输出端通过所述电阻R5与所述第四运放器的同相输入端连接，所述第四运放器的反相输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述第四运放器的输出端与所述采样电阻的第一端连接。
9.根据权利要求1至8任一项中所述的多通道电阻电路，其特征在于，所述电阻通道还包括ADC单元，所述ADC单元分别与所述第一连接端及所述比例减法单元的输出端连接，所述ADC单元用于采集所述第一连接端的电压及所述DAC单元输入的参考电压。
10.一种多通道电阻装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项中所述的多通道电阻电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110270735.6A CN113108814A (zh) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | 多通道电阻电路及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110270735.6A CN113108814A (zh) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | 多通道电阻电路及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113108814A true CN113108814A (zh) | 2021-07-13 |
Family
ID=76712161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110270735.6A Pending CN113108814A (zh) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | 多通道电阻电路及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113108814A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113466563A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-01 | 深圳市汇创达科技股份有限公司 | 一种用于测试多路电阻阻值的装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102135780A (zh) * | 2011-01-26 | 2011-07-27 | 深圳茂硕电源科技股份有限公司 | 一种比例式电压跟随器及采用该跟随器的恒流电源 |
| CN107300643A (zh) * | 2016-04-15 | 2017-10-27 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种车辆牵引系统供电电压突变试验装置及方法 |
| JP2017211316A (ja) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | 株式会社デンソー | 電流センサ |
| CN209215476U (zh) * | 2018-09-30 | 2019-08-06 | 广西南宁市晨启科技有限责任公司 | 一种多通道相互隔离的电压采样控制装置及电压采样装置 |
| CN110631467A (zh) * | 2019-09-16 | 2019-12-31 | 上海菲伽智能科技有限公司 | 多通道自适应高精度lvdt数据采集测量系统及方法 |
| CN110750126A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-02-04 | 合肥本源量子计算科技有限责任公司 | 一种适用于低温环境的多通道电压源 |
| CN110967548A (zh) * | 2018-09-29 | 2020-04-07 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种带有电流检测功能的程控可变电阻装置和工作方法 |
-
2021
- 2021-03-12 CN CN202110270735.6A patent/CN113108814A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102135780A (zh) * | 2011-01-26 | 2011-07-27 | 深圳茂硕电源科技股份有限公司 | 一种比例式电压跟随器及采用该跟随器的恒流电源 |
| CN107300643A (zh) * | 2016-04-15 | 2017-10-27 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种车辆牵引系统供电电压突变试验装置及方法 |
| JP2017211316A (ja) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | 株式会社デンソー | 電流センサ |
| CN110967548A (zh) * | 2018-09-29 | 2020-04-07 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种带有电流检测功能的程控可变电阻装置和工作方法 |
| CN209215476U (zh) * | 2018-09-30 | 2019-08-06 | 广西南宁市晨启科技有限责任公司 | 一种多通道相互隔离的电压采样控制装置及电压采样装置 |
| CN110631467A (zh) * | 2019-09-16 | 2019-12-31 | 上海菲伽智能科技有限公司 | 多通道自适应高精度lvdt数据采集测量系统及方法 |
| CN110750126A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-02-04 | 合肥本源量子计算科技有限责任公司 | 一种适用于低温环境的多通道电压源 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘乐善 等: "《微型计算机与接口技术》", 31 March 2001, 华中科技大学出版社 * |
| 蒋心怡 等: "《计算机控制工程》", 31 July 2002, 国防大学出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113466563A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-01 | 深圳市汇创达科技股份有限公司 | 一种用于测试多路电阻阻值的装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7903008B2 (en) | Source-measure unit based on digital control loop | |
| CN109489853B (zh) | 基于恒流源的高精度多通道铂电阻测温模块及方法 | |
| US8797025B2 (en) | Compensation methods for digital source-measure-units (SMUs) | |
| US7423480B2 (en) | AC amplifier for precision measurement | |
| US8604765B2 (en) | Resistance simulation and common mode rejection for digital source-measure units | |
| CN103791944A (zh) | 一种高精度通用测量装置 | |
| JP6054732B2 (ja) | 半導体装置及びオフセット電圧の補正方法 | |
| CN113108814A (zh) | 多通道电阻电路及装置 | |
| CN212875747U (zh) | 一种压力传感器各灵敏度量程可调放大电路 | |
| US8835779B2 (en) | Coordinated ratiometric compensation for high-precision load-cells | |
| CN102478422A (zh) | 一种零漂模拟校准方法及装置 | |
| CN110967548B (zh) | 一种带有电流检测功能的程控可变电阻装置和工作方法 | |
| TW201405111A (zh) | 壓力偵測電路 | |
| CN114460875B (zh) | 一种电源电路及摄像头测试装置 | |
| CN101887081A (zh) | 一种电桥零点调节电路 | |
| CN213934003U (zh) | 一种电流测量电路 | |
| KR102013644B1 (ko) | 계측기 자동교정장비의 오차저감 장치 | |
| KR101047131B1 (ko) | 다채널 신호조절 회로의 교정데이터 자동생성 장치 | |
| RU2586084C1 (ru) | Многоканальный преобразователь приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение | |
| CN203642941U (zh) | 一种多路传感单通道恒流测量装置 | |
| CN108398601B (zh) | 驾驶杆手柄综合测试仪 | |
| RU86729U1 (ru) | Прецизионный имитатор дискретных приращений значений сопротивлений резистора | |
| CN211954363U (zh) | 一种应变式压力传感器的称重系统 | |
| JP2994649B2 (ja) | 自動校正機能付電圧印加電流測定装置 | |
| CN103196581A (zh) | 用多组数字电位器模拟Pt100铂电阻的装置及该装置模拟Pt100铂电阻的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210713 |