CN202003021U

CN202003021U - 一种有源模拟电容装置

Info

Publication number: CN202003021U
Application number: CN2010206899969U
Authority: CN
Inventors: 李晨; 王俊; 陈立波
Original assignee: SHANGHAI INSTRUMENT RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: SHANGHAI INSTRUMENT RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2020-12-30

Abstract

本实用新型为一种有源模拟电容装置。它包括微处理器单元、存储单元、上位机接口、用户接口、电源部分、模拟核心部分；所述电源部分与用户接口、微处理器单元、模拟核心部分分别相连；所述微处理器单元与模拟核心部分、用户接口、上位机接口及存储单元分别相连；所述模拟核心部分上设有端口输入口，所述模拟核心部分中设有标准电容组，还设有依次相连的缓冲输入电路、DAC转换电路和功放输出电路，所述标准电容组分别与缓冲输入电路的输入端和功放输出电路的输出端相连。本实用新型的优点是：量值范围宽、工作频带宽、体积小、操作简单、易于携带。

Description

一种有源模拟电容装置

技术领域

本实用新型涉及一种有源模拟电容装置，属于电容值检测装置的校验领域。

背景技术

在容抗计量测试或调试宽频的高精度LCR测量仪中，有一个突出的问题是缺少高精度、多值、宽频的计量量具。目前，计量部门常用的是单个体的标准量具，量值范围不宽、工作频带窄、体积大、较笨重、操作麻烦、且不便于携带，已远远不能满足对国内外的多种LCR测量仪的标定需求。

容抗的模拟和变换是运算放大器的一个重要应用方面。从容抗定义可知，当容抗的两端被施加电压时，就有输入或输出电流在两端产生，而该电压与电流之比就是容抗。因此，可以根据施加容抗两端的确定电压，利用运算放大比例运算电路实现对输入或输出电流的变换和控制，形成有源的等效容抗。所谓模拟电容，就是将电路中每个电容用一个阻抗变换电路来代替。在设计制造集成电路中要减小电阻和小电容器的尺寸是比较简单的，但是要设计制造无源大电容却不容易，因为无源大电容的体积庞大，不利于集成，利用有源器件来模拟电容的新技术应用于设计制造集成电路中由此应运而生。但是，上述容抗的模拟和变换应用于设计制造集成电路时其容抗量值的准确度及稳定性的要求与计量器具所具有的的准确度及稳定性特性差别很大的，一般电路中使用有源容抗量值的准确度都是低于1％等级的，而计量器具的准确度等级需要优于1％，一般都达到0.2％以上，稳定度要求更高，应达到准确度等级的三分之一到二十分之一。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高精度、工作频带宽、操作方便、稳定性好的有源模拟电容装置。

本实用新型是这样实现的：一种有源模拟电容装置，包括微处理器单元、存储单元、上位机接口、用户接口及电源部分，其特征在于：还包括模拟核心部分；所述电源部分与用户接口、微处理器单元、模拟核心部分分别相连；所述微处理器单元与模拟核心部分、用户接口、上位机接口及存储单元分别相连；所述模拟核心部分上设有端口输入口，所述模拟核心部分中设有标准电容组，还设有依次相连的缓冲输入电路、DAC转换电路和功放输出电路，所述标准电容组分别与缓冲输入电路的输入端和功放输出电路的输出端相连。

所述用户接口包括分别与微处理器单元相连的显示模块、键盘出入模块。

所述电源部分包括数字电源部分和模拟电源部分，所述数字电源部分与用户接口相连，所述模拟电源部分与模拟核心部分相连。

所述端口输入口为模拟核心部分的两个引脚，一个引脚为高端输入引脚，另一个引脚为低端输入引脚；所述高端输入引脚与缓冲输入电路的输入端相连，所述低端输入引脚与缓冲输入电路的输出端相连。

所述缓冲输入电路主要由输入缓冲放大器构成，所述功放输出电路主要由功率输出放大器构成。

本实用新型的有益效果是：量值范围宽、工作频带宽、体积小、操作简单、易于携带。

附图说明

图1是本实用新型结构框图。

图2是本实用新型模拟核心部分的电路结构框图。

具体实施方式

根据图1、图2，本实用新型包括微处理器单元、存储单元、上位机接口、用户接口、电源部分、模拟核心部分。所述电源部分与用户接口、微处理器单元、模拟核心部分分别相连；所述微处理器单元与模拟核心部分、用户接口、上位机接口及存储单元分别相连；所述模拟核心部分上设有端口输入口，所述模拟核心部分中设有标准电容组，还设有依次相连的缓冲输入电路、DAC转换电路和功放输出电路，所述标准电容组分别与缓冲输入电路的输入端和功放输出电路的输出端相连。所述用户接口包括分别与微处理器单元相连的显示模块、键盘出入模块。所述电源部分包括数字电源部分和模拟电源部分，所述数字电源部分与用户接口相连，所述模拟电源部分与模拟核心部分相连。所述端口输入口为模拟核心部分的两个引脚，一个引脚为高端输入引脚，另一个引脚为低端输入引脚；所述高端输入引脚与缓冲输入电路的输入端相连，所述低端输入引脚与缓冲输入电路的输出端相连。所述缓冲输入电路主要由输入缓冲放大器构成，所述功放输出电路主要由功率输出放大器构成。

本实用新型所述的用户接口和上位机接口是用来实现人机对话。存储单元用于实现记录标准电容组的误差和电路线性度。微处理器单元接收用户接口的用户指令，控制显示模块、标准电容组的选择，调整DAC转换电路的输出等整体电路的协调工作。显示模块显示电容值、输入电压值、电流值及相关提示信息。电源部分包括数字电源和模拟电源，提供电源供给电路正常工作。

根据附图2，模拟核心部分包括：缓冲输入电路的输入缓冲放大器、DAC转换电路、功放输出电路的功率输出放大器、标准电容组。

输入缓冲放大器为电路提高足够的输入阻抗，减小旁路电流对模拟电容量的影响。DAC转换电路（数字到模拟转化）利用其良好的线性度配合输入缓冲放大器和功率输出放大器做程控放大的作用。功放输出电路的作用是提高电路的带负载能力和提高电路的电压输出范围。标准电容组提供标准电容的参考。

工作流程及原理介绍：当端口输入口接入测量电路和用户接口输入模拟电容的值时，本模拟核心部分开始工作。高端输入进入电路分两路，一路进入输入缓冲放大器、一路进入标准电容组的其中一端。进入缓冲输入电路，因缓冲输入电路有较高的输入阻抗，所流经电流很小可以忽略不计。缓冲输入电路的输出供给DAC转换电路的电压参考，数字转换值是经微处理器单元计算供给的，因此DAC转换电路输出的模拟电压为缓冲输入电路的分压比。经过分压后供给功放输出电路，此输出端接标准电容组的另一个引脚。模拟电容的实质就是通过改变标准电容组两端电压，从而改变两端电流，来实现模拟电容。

本实用新型模拟核心部分利用DAC转换电路，配合运算放大器做线性可程控放大器实现对标准电容的模拟。其次为利用微处理器单元和存储单元可以实现对标准电容标定误差的记录，可以实现程控放大线性度的记录，并自动反馈给电路实现电路的自我校正功能。

本实用新型开机后进行系统初始化。用户下达开始指令后，该装置内部会自动选择标准电容组内合适电容，根据被选择的标准电容误差值和电路线性度校准误差计算出结果设置DAC转换电路，在显示模块中显示输入电压、电流值及相关帮助信息。

Claims

1.一种有源模拟电容装置，包括微处理器单元、存储单元、上位机接口、用户接口及电源部分，其特征在于：还包括模拟核心部分；所述电源部分与用户接口、微处理器单元、模拟核心部分分别相连；所述微处理器单元与模拟核心部分、用户接口、上位机接口及存储单元分别相连；所述模拟核心部分上设有端口输入口，所述模拟核心部分中设有标准电容组，还设有依次相连的缓冲输入电路、DAC转换电路和功放输出电路，所述标准电容组分别与缓冲输入电路的输入端和功放输出电路的输出端相连。

2.根据权利要求 1 所述的一种有源模拟电容装置，其特征在于：所述用户接口包括分别与微处理器单元相连的显示模块、键盘出入模块。

3.根据权利要求 1 所述的一种有源模拟电容装置，其特征在于：所述电源部分包括数字电源部分和模拟电源部分，所述数字电源部分与用户接口相连，所述模拟电源部分与模拟核心部分相连。

4.根据权利要求 1 所述的一种有源模拟电容装置，其特征在于：所述端口输入口为模拟核心部分的两个引脚，一个引脚为高端输入引脚，另一个引脚为低端输入引脚；所述高端输入引脚与缓冲输入电路的输入端相连，所述低端输入引脚与缓冲输入电路的输出端相连。

5.根据权利要求 1 或4所述的一种有源模拟电容装置，其特征在于：所述缓冲输入电路主要由输入缓冲放大器构成，所述功放输出电路主要由功率输出放大器构成。