CN116400283A - 一种电阻自校正电路及校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电阻自校正电路及校正方法，包括电阻测试电路和电流测试电路；其中，电阻测试电路用于将校准电阻接入电流测试电路，电流测试电路用于测量电流；电阻测试电路包括开关S1、开关S2、第一运算放大器、第二运算放大器、测试电阻R_cal；电流测试电路包括第三运算放大器、第四运算放大器、开关S3、开关S4、以及开关S5、开关Sx1以及测试电阻Rx1。通过本发明中的方法，在电阻测试电路中，采用运算放大器虚断的原理，使得测试测量电阻R_cal的电流与电阻Rx1的电流相同，通过测量得到测量电阻R_cal两端的电压以及电阻Rx1两端的电压来计算得到电阻Rx1的阻值，从而完成对电阻Rx1的校准，降低电阻Rx1的误差，从而保证之后电流测试的精度。

Description

一种电阻自校正电路及校正方法

技术领域

本发明属于电路测试技术领域，具体为一种电阻自校正电路及校正方法。

背景技术

电化学电流法测试是指通个给对电极和工作电极之间施加一定电位，在工作电极会有氧化或者还原电流流过，测量该电流时通过运算放大器将电流转化为电压，再使用AD采集R两端的测试电压，通过欧姆定律I＝U/R得到最终的电流值。其中，U通过AD采集得到，通过AD器件本身决定，R电阻值通过原料本身决定，需要满足使用要求时往往选择高精度的电阻。

在电流测量过程中，要求测量范围广，测试精度高(测量范围10^-5到10^-9A，测量精度10^-9A)，需要使用多个测试量程(多个高精度电阻R)，根据被测电流大小选择不同大小的电阻R进行测量，就存在以下问题：1、使用高精度电阻，保证测量精度，提高了仪器成本；2、降低电阻精度要求，降低了仪器成本，但不能保证测量精度。因此提出一种电阻自校正电路及校正方法，用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电阻自校正电路及校正方法，以解决背景技术中提出的现有技术中，通过选择高精度的电阻，能保证测量精度，但是提高了仪器成本，而选用低精度的电阻，又不能保证测量精度的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种电阻自校正电路，包括电阻测试电路和电流测试电路；其中，电阻测试电路用于将校准电阻接入电流测试电路，电流测试电路用于测量电流；

电阻测试电路包括开关S1、开关S2、第一运算放大器、第二运算放大器、测试电阻R_cal；开关S1的一端与输入电压V_zero连接，开关S1的另一端与第一运算放大器的同相输入端连接；第一运算放大器的反相输入端分别与测试电阻R_cal的一端、第二运算放大器的反相输入端以及电阻R2的一端连接；第一运算放大器的输出端与电阻R2的另一端连接；

测试电阻R_cal的另一端分别与开关S2的一端、第二运算放大器的同相输入端以及第二运算放大器的输出端连接；开关S2的另一端与工作电极连接；

电流测试电路包括第三运算放大器、第四运算放大器、开关S3、开关S4、以及开关S5、开关Sx1以及测试电阻Rx1；第三运算放大器的输出端与测试电阻Rx1的一端连接，测试电阻Rx1的另一端与开关Sx1的一端连接，开关Sx1的另一端分别与第三运算放大器的反相输入端以及工作电极连接；

第三运算放大器的同相输入端分别与开关S3和开关S4的一端连接；开关S3的另一端与输入电压V_zero连接；开关S4的另一端与开关S5的一端连接，开关S5的另一端分别与对电极以及第四运算放大器的输出端连接；

第四运算放大器的反相输入端与参比电极连接；第四运算放大器的同相输入端与输入电压V_bias连接。

根据上述技术方案，测试电阻R_cal为阻值为10K标准电阻。

根据上述技术方案，工作电极为接测试卡中的测试探针。

根据上述技术方案，参比电极为接测试卡中的测试探针。

根据上述技术方案，对电极为接测试卡中的测试探针。

一种电阻自校正电路的校准方法，电阻校正时，包括以下步骤：

步骤S1，通过两路DAC分别给出V_zero和V_bias,；

步骤S2，开关S5闭合，与第四运算放大器之间构成电压跟随电路；

步骤S3，开关S4闭合，使第三运算放大器的同相输入端的电位与V_bias的电位相同；

步骤S4，闭合开关S_x1，第三运算放大器和电阻Rx1之间构成电压跟随电路，使得工作电极处的电位等于第三运算放大器同相输入端的电位，也就等于V_bias的电位；

步骤S5，分别测量电阻R_cal两端的电压UR_cal以及电阻Rx1两端的电压U_Rx1；

通过计算得到Rx1的电阻值：

步骤S6，将校正后的电阻Rx1再用于电路测量，从而保证电流测量的准确。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过本发明中的方法，采用第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器以及第四运算放大器分别组成电阻测试电路以及电路测试电路。在电阻测试电路中，采用运算放大器虚断的原理，使得测试测量电阻R_cal的电流与电阻Rx1的电流相同，通过测量得到测量电阻R_cal两端的电压以及电阻Rx1两端的电压来计算得到电阻Rx1的阻值，从而完成对电阻Rx1的校准，降低电阻Rx1的误差，从而保证之后电流测试的精度。

附图说明

图1为本发明电阻测试电路图；

图2为本发明电流测试电路图；

图3为本发明整体测试电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，一种电阻自校正电路及校正方法，包括电阻测试电路和电流测试电路；其中，电阻测试电路用于将校准电阻接入电流测试电路，电流测试电路用于测量电流；

电阻测试电路包括开关S1、开关S2、第一运算放大器、第二运算放大器、测试电阻R_cal；开关S1的一端与输入电压V_zero连接，开关S1的另一端与第一运算放大器的同相输入端连接；第一运算放大器的反相输入端分别与测试电阻R_cal的一端、第二运算放大器的反相输入端以及电阻R2的一端连接；第一运算放大器的输出端与电阻R2的另一端连接；

测试电阻R_cal的另一端分别与开关S2的一端、第二运算放大器的同相输入端以及第二运算放大器的输出端连接；开关S2的另一端与工作电极连接；

如图2所示，电流测试电路包括第三运算放大器、第四运算放大器、开关S3、开关S4、以及开关S5、开关Sx1以及测试电阻Rx1；第三运算放大器的输出端与测试电阻Rx1的一端连接，测试电阻Rx1的另一端与开关Sx1的一端连接，开关Sx1的另一端分别与第三运算放大器的反相输入端以及工作电极连接；

第三运算放大器的同相输入端分别与开关S3和开关S4的一端连接；开关S3的另一端与输入电压V_zero连接；开关S4的另一端与开关S5的一端连接，开关S5的另一端分别与对电极以及第四运算放大器的输出端连接；

第四运算放大器的反相输入端与参比电极连接；第四运算放大器的同相输入端与输入电压V_bias连接。

测试电阻R_cal为阻值为10K标准电阻。

工作电极为接测试卡中工作电极的测试探针。

参比电极为接测试卡中参比电极的测试探针。

对电极为接测试卡中对电极的测试探针。

通过本发明中的方法，采用第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器以及第四运算放大器分别组成电阻测试电路以及电路测试电路。在电阻测试电路中，采用运算放大器虚断的原理，使得测试测量电阻R_cal的电流与电阻Rx1的电流相同，通过测量得到测量电阻R_cal两端的电压以及电阻Rx1两端的电压来计算得到电阻Rx1的阻值，从而完成对电阻Rx1的校准，降低电阻Rx1的误差，从而保证之后电流测试的精度。

进一步的，第一运算放大器即图1以及图3中的HSTIA。

进一步的，第二运算放大器即图1以及图3中的激励放大器。

进一步的，第三运算放大器即图2以及图3中的LPTIA。

进一步的，第四运算放大器即图2以及图3中的Pa。

实施例二

本实施例为实施例一的进一步细化。

如图3所示，通过两路DAC分别给出V_zero和V_bias，闭合的开关S5与第四运算放大器(Pa)之间构成电压跟随电路，由于S4闭合，使第三运算放大器(LPTIA)的同相输入端的电位与V_bias的电位相同。同理闭合开关S_x1之后第三运算放大器(LPTIA)和电阻Rx1之间构成电压跟随电路，使得工作电极处的电位等于第三运算放大器(LPTIA)同相输入端的电位，也就等于V_bias的电位。

测试电阻R_cal与工作电极相连处的电位等于V_bias与第一运算放大器(HSTIA)构成的电压跟随电路的电位，使得测试电阻R_cal与第一运算放大器(HSTIA)的反向输入端相连处的电位等于V_zero，控制V_zero与V_bias之间的电位差，即能在测试电阻R_cal上形成电流，由于运算放大器“虚断”的原理(虚断指在理想情况下，流入集成运算放大器输入端电流为零)，流过电阻测试电阻R_cal与电阻Rx1的电流是相同的电流，分别测量电阻R_cal两端的电压UR_cal以及电阻Rx1两端的电压U_Rx1。

通过计算得到Rx1的电阻值：

同理可以完成对Rx2、Rx3、Rx4的校准。(测试电阻R_cal的值通过元件选型来保证其准确度，系统中选用10K电阻，高精度、低温漂电阻)。

电流测试时，以使用Rx1档位进行测试为例，断开开关S1、开关S2、开关S4、开关S5、开关Sx2、开关Sx3、开关Sx4；闭合开关S3和开关Sx1，并将工作电极、参比电极、对电极接入到测试流道中构成如图2所示电路。

第四运算放大器(Pa)与参比电极、对电极之间形成反馈，得到一个电压跟随电路，使得对电极上的电位等于V_bias的电位。同理，第三运算放大器(LPTIA)与R_x1构成电压跟随电路，使得工作电极的电位等于V_zero的电位，控制V_bias与V_zero之间的电位差，即控制对电极与工作电极之间的电位差，从而在工作电极上形成电流，由于运算放大器“虚短”的原理(“虚短”是指在理想情况下，两个输入端的电位相等)，流过工作电极的电流I_SE与流过R_x1上的电流I_Rx1相同，得到I_Rx1上的电流即得到了工作电极上的电流I_SE，测量R_x1两端的电压值U_Rx1，已知R_x1的电阻值，通过欧姆定律即得到了I_Rx1。

U_RX1＝I_RX1*R_Rx1

通过计算：

其中U_RX1通过采样精度保证，R_RX1通过校准后得到，从而使得I_SE的精度得到提高。

专业名词解释说明：

V_zero：DAC输出电压1；

V_bias：DAC输出电压2；

R_cal：标准电阻10K(高精度电阻)；

工作电极：接测试卡中测试探针；

参比电极：接测试卡中测试探针；

对电极：接测试卡中测试探针。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (6)

1.一种电阻自校正电路，其特征在于：包括电阻测试电路和电流测试电路；其中，电阻测试电路用于将校准电阻接入电流测试电路，电流测试电路用于测量电流；

电阻测试电路包括开关S1、开关S2、第一运算放大器、第二运算放大器、测试电阻R_cal；开关S1的一端与输入电压V_zero连接，开关S1的另一端与第一运算放大器的同相输入端连接；第一运算放大器的反相输入端分别与测试电阻R_cal的一端、第二运算放大器的反相输入端以及电阻R2的一端连接；第一运算放大器的输出端与电阻R2的另一端连接；

测试电阻R_cal的另一端分别与开关S2的一端、第二运算放大器的同相输入端以及第二运算放大器的输出端连接；开关S2的另一端与工作电极连接；

电流测试电路包括第三运算放大器、第四运算放大器、开关S3、开关S4、以及开关S5、开关Sx1以及测试电阻Rx1；第三运算放大器的输出端与测试电阻Rx1的一端连接，测试电阻Rx1的另一端与开关Sx1的一端连接，开关Sx1的另一端分别与第三运算放大器的反相输入端以及工作电极连接；

第三运算放大器的同相输入端分别与开关S3和开关S4的一端连接；开关S3的另一端与输入电压V_zero连接；开关S4的另一端与开关S5的一端连接，开关S5的另一端分别与对电极以及第四运算放大器的输出端连接；

第四运算放大器的反相输入端与参比电极连接；第四运算放大器的同相输入端与输入电压V_bias连接。

2.根据权利要求1所述的一种电阻自校正电路，其特征在于：测试电阻R_cal为阻值为10K标准电阻。

3.根据权利要求1所述的一种电阻自校正电路，其特征在于：工作电极为接测试卡中的测试探针。

4.根据权利要求1所述的一种电阻自校正电路，其特征在于：参比电极为接测试卡中的测试探针。

5.根据权利要求1所述的一种电阻自校正电路，其特征在于：对电极为接测试卡中的测试探针。

6.一种电阻自校正电路的校准方法，其特征在于：使用权1至权5任意一项所述的校准电路进行校正，其中，电阻校正时，包括以下步骤：

步骤S1，通过两路DAC分别给出V_zero和V_bias,；

步骤S2，开关S5闭合，与第四运算放大器之间构成电压跟随电路；

步骤S3，开关S4闭合，使第三运算放大器的同相输入端的电位与V_bias的电位相同；

步骤S4，闭合开关S_x1，第三运算放大器和电阻Rx1之间构成电压跟随电路，使得工作电极处的电位等于第三运算放大器同相输入端的电位，也就等于V_bias的电位；

步骤S5，分别测量电阻R_cal两端的电压UR_cal以及电阻Rx1两端的电压U_Rx1；

通过计算得到Rx1的电阻值：

步骤S6，将校正后的电阻Rx1再用于电路测量，从而保证电流测量的准确。

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