CN113702724A - 消除电荷测试电路漏电流的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种消除电荷测试电路漏电流的电路及方法，包括输入保护电路、运算放大电路、反馈电路、比例运算电路及数模转换电路，通过采样被测件的两次电荷量，算出漏电流的大小，从而计算出数模转换电路应该补偿的电压值，再将数模转换电路叠加补偿值输出，将失调电压抵消掉，从而消除漏电流。本发明的消除电荷测试电路漏电流的电路及方法，通过实时采样测试值，计算漏电流大小，调节DAC的大小改变测试电路输入端的电压，从而消除运放的输入失调电压以及输入偏置电流产生的漏电流，使得测试达到稳定准确的状态，保证了测试精度和测试效率。

Description

消除电荷测试电路漏电流的电路及方法

技术领域：

本发明涉及电子测量技术领域，尤其涉及一种消除电荷测试电路漏电流的电路及其方法，能测出稳定准确稳定的电荷量。

背景技术：

现在测试元器件电荷量时，分析发现，在电路中的各元器件存在个体差异，并且像集成运算放大器等不可能存在理论状态，所以比如元器件温漂、集成运算放大器失调电压等原因，导致测试电路存在漏电流，测试电荷变小，测试电荷量就会随测试时间增加而减小，使得测试值有偏差。

因此，需要在电荷测试电路增加漏电流补偿电路，配合软件算法，使得电路实时调节，补偿漏电流，使得测试达到稳定准确的状态。

发明内容：

本发明在普通电荷测试电路中增加数模转换(DAC)电路，通过实时采样测试值，计算漏电流大小，调节DAC的大小改变测试电路输入端的电压，从而消除运放的输入失调电压以及输入偏置电流产生的漏电流，使得测试值稳定。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种消除电荷测试电路漏电流的电路，包括输入保护电路、运算放大电路、反馈电路、比例运算电路及数模转换电路。

所述输入保护电路包括两个二极管组成的保护管，钳位输入电压，防止瞬间输入大电压，保护后级电路。

所述反馈电路与输入保护电路连接，包括标准量程电容，用于产生电压。

所述运算放大电路分别与输入保护电路、反馈电路连接，包括若干运算放大器、电阻及电容，根据反馈电路的电压，可以运算出测试值。

所述数模转换电路包括数模转换器，用于输出电压值。

所述比例运算电路分别与数模转换电路、运算放大电路连接，包括若干运算放大器及电阻，用于将数模转换器输出的补偿电压比例运算后输出。

本发明还提供一种消除电荷测试电路漏电流的方法，采用上述电路，包括如下步骤：被测件上的电荷量记为Q，接入测试电路，经过输入保护电路后，被测件的电荷流过标准量程电容C1，此时被测件与标准量程电容C1的电流相同，根据电量值为电流对时间的积分，即：

Q＝∫I dt

被测件与标准量程电容的电荷量相同，又有公式：

Q＝C*U

即采样标准量程电容上的电压乘上标准量程电容大小，得到电荷量。

本发明由输入保护电路、比例运算电路(积分运算电路)、反馈电路，运算放大电路得出一次电荷量测试值；

在Δt时间，再测试一次，获得第二次电荷量测试值；

根据两次电荷量测试值，通过软件算法，算出此时在输入保护电路D1上产生的漏电流的大小；

由算出的漏电流大小，根据所用输入保护电路的U-I曲线，得出此漏电流对应的电压大小，此电压值即为总失调电压大小，也是负的补偿电压大小；

数模转换电路在原基础值上叠加补偿电压大小，通过比例运算电路后输出，此时可以与原有失调电压抵消，使得输入保护电路两端趋于相等，漏电流趋于0。

本发明可以在测试过程中实时负反馈，不断调节，使得测试值稳定准确。本电路可以应用于电荷量测试。

在一个时间周期内，采样被测件的两次电荷量，根据两次电荷量的变化值，算出漏电流的大小，从而计算出数模转换电路应该补偿的电压值，再将数模转换电路叠加补偿值输出，将失调电压抵消掉，从而消除漏电流。

本发明的有益效果是：本发明的消除电荷测试电路漏电流的电路及方法，通过实时采样测试值，计算漏电流大小，调节DAC的大小改变测试电路输入端的电压，从而消除运放的输入失调电压以及输入偏置电流产生的漏电流，使得测试达到稳定准确的状态，保证了测试精度和测试效率。

附图说明：

图1为本发明的消除电荷测试电路漏电流的电路的原理框图；

图2为本发明的消除电荷测试电路漏电流的电路的电路原理图；

图3为本发明的测试曲线图；

图4为本发明的输入保护电路器件的UI曲线图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示的消除电荷测试电路漏电流的电路，包括输入保护电路、运算放大电路、反馈电路、比例运算电路及数模转换电路。

如图2所示，输入保护电路包括：两个二极管组成的保护管D1，钳位输入电压，防止瞬间输入大电压，保护后级电路。

运算放大电路包括：运放U1，电阻R2、电阻R3、U2、C2，U3、电阻R9、电阻R10、电阻R11，根据反馈电路，可以运算出测试值。

反馈电路包括：标准量程电容C1(R1切断，此时不使用)。

数模转换电路包括：16位数模转换器U4，用于输出电压值。

比例运算电路包括：运放U5、电阻R4、电阻R5，运放U6、电阻R6，电阻R7，电阻R8，将16位数模转换器U4输出的补偿电压比例运算后输出。

测试电荷量的方法如下：被测件上的电荷量为Q，接入测试电路，经过输入保护电路后，被测件的电荷流过标准量程电容C1，此时被测件与C1的电流相同，根据电量值为电流对时间的积分，即：

Q＝∫I dt

被测件与标准量程电容的电荷量相同，又有公式：

Q＝C*U

即采样标准量程电容上的电压，乘上标准量程电容大小即得到电荷量。

本发明的工作原理如下：

如图2所示，当被测件接入测试电路，Imeas进入运算放大电路，通过输入保护电路D1后，经过反馈电路的标准量程电容C1，C1产生电压Uc，此时被测件电荷量等于标准量程电容C1电荷量，根据公式：

Q＝∫I dt＝C1*Uc

运算放大电路可得到标准量程电容C1上产生的电压Uc的值，标准量程电容C1为已知量，根据以上公式即可算出电荷量。

在此理想状态下，此时16位数模转换器DAC输出2.5V，经过比例运算电路，运放U6输出端输出0V电压，电阻R3的左边也为0V，电阻R3与运放U2+端相连，也为0V，根据运放输入端虚短虚断的特性，运放U2的-端和+端都为0V，且根据虚短虚断，运放U2的-端没有电流，即R2两端为0V，运放U1作为跟随器，使得U1的-端和+端都为0V(虚短虚断)，而输入保护电路D1下面接地(0V)，所以D1上没有电流，从而Imeas等于流过标准量程电容C1的电流。

可是运放U6、U2和U1的+端和-端有失调电压，是不可避免的，使得运放U6-端电压为Uu6≈0(≠0)，再经过运放U2，使得运放U2-端电压为Uu2≈0(≠0)，再经过U1，使得U1+端电压Uu1≈0(≠0)。此时D1上端与运放U1+端相连，电压为Uu6+Uu2+Uu1，而D1下端为0V，产生压降，此时在保护管D1上产生电流Id，就是漏电流，使得Imeas＝Imeas–Id。当有漏电流时，导致电流下降，使得电荷量值下漂。

要解决这种情况，需要通过算法进行运算，在一个时间周期内，采样两次电荷量，根据两次电荷量的变化值，算出漏电流的大小，从而计算出数模转换电路应该补偿的电压值，再将模转换电路叠加补偿值输出，将失调电压等抵消掉，从而消除漏电流。

如图3所示：

	测试点1	测试点2	区间值
				测试值	Q1	Q2	ΔQ＝Q2–Q1
时间	t1	t2	Δt＝t2–t1

在t1和t2时间采样出Q1和Q2，ΔQ＝Q2–Q1，Δt＝t2–t1。

由公式：

ΔQ＝∫I dt＝0.5*I*Δt

可得出：

I＝(2*ΔQ)/Δt

此时ΔQ，Δt都为已知，所以可计算出漏电流的大小。

此时已知流过输入保护D1的电流即为漏电流值，D1为二极管器件，所以根据器件的U-I曲线(如图4所示，此为正半周波形，负半周相同，不再赘述)，可以得出此时电流对应到D1的电压，即为此次测试的补偿电压Udac。

16位DAC的输出范围为0-5V，默认输出2.5V，在获得补偿电压后，及时调整DAC输出为(2.5-Udac),在测试中，每Δt(固定)就采样两次Q，得出当前补偿电压值，不断进行负反馈调整，即可使得测试值稳定准确。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (3)

1.一种消除电荷测试电路漏电流的电路，其特征在于：包括输入保护电路、运算放大电路、反馈电路、比例运算电路及数模转换电路；

所述输入保护电路包括两个二极管组成的保护管，钳位输入电压，防止瞬间输入大电压，保护后级电路；

所述反馈电路与输入保护电路连接，包括标准量程电容，用于产生电压；

所述运算放大电路分别与输入保护电路、反馈电路连接，包括若干运算放大器、电阻及电容，根据反馈电路的电压，可以运算出测试值；

所述数模转换电路包括数模转换器，用于输出电压值；

所述比例运算电路分别与数模转换电路、运算放大电路连接，包括若干运算放大器及电阻，用于将数模转换器输出的补偿电压比例运算后输出。

2.根据权利要求1所述的消除电荷测试电路漏电流的电路，其特征在于，所述数模转换器采用16位数模转换器，其电压输出范围为0-5V。

3.一种消除电荷测试电路漏电流的方法，其特征在于，采用如权利要求1或2所述的电路，包括如下步骤：被测件上的电荷量记为Q，接入测试电路，经过输入保护电路后，被测件的电荷流过标准量程电容C1，此时被测件与标准量程电容C1的电流相同，根据电量值为电流对时间的积分，即：

Q＝∫I dt

被测件与标准量程电容的电荷量相同，又有公式：

Q＝C*U

即采样标准量程电容上的电压乘上标准量程电容大小，得到电荷量；

在一个时间周期内，采样被测件的两次电荷量，根据两次电荷量的变化值，算出漏电流的大小，从而计算出数模转换电路应该补偿的电压值，再将数模转换电路叠加补偿值输出，将失调电压抵消掉，从而消除漏电流。

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