CN211528541U - 一种可程控恒流源的电阻测量电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型旨在提供一种结构简单、成本低、精度高且测量范围广的可程控恒流源的电阻测量电路。本实用新型包括控制单元（1）、电压读取单元（2）及电流切换单元（3），控制单元与电压读取单元及电流切换单元相连接，用于设置恒流电流值，并将电压读取单元反馈的电压值转换成电阻值，读取被测单元（4）的电阻；电压读取单元与控制单元及被测单元连接，用于读取被测单元的压降并将读取的电压值发送给控制单元进行转换；电流切换单元分别与控制单元及被测单元相连接，用于接入标准电压，并根据控制单元设定恒流输出值，向被测单元输出恒流源。本实用新型可应用于电阻测量领域。

Description

一种可程控恒流源的电阻测量电路

技术领域

本实用新型涉及电阻测量领域，尤其涉及一种可程控恒流源的电阻测量电路。

背景技术

随着信息时代的日益发展，各种消费类电子产品不断更新换代，对消费电子的测量设备的需求也越来越大。目前电子产品的功能多样化，需要测试的功能需求也更加全面，如测量直流电阻（DCR）的需求逐渐出现。市面上存在着各种DCR测试阻抗设备，但是这些测试设备需要的恒流源较大，测试时间长，对被测阻抗存在温升的影响，所以往往精度不高，稳定性差，难以到达高精度的要求，而且设备的体积较大，极其不方便携带。因此，针对目前这些缺点，十分需要研发一种可程控恒流源的电阻测量电路，为消费类电子测量设备提供技术支持，在DCR测量领域中具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种结构简单、成本低、精度高且测量范围广的可程控恒流源的电阻测量电路。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括

控制单元，与电压读取单元及电流切换单元相连接，用于设置恒流电流值，并将电压读取单元反馈的电压值转换成电阻值，读取被测单元的电阻；

电压读取单元，与所述控制单元及被测单元连接，用于读取被测单元的压降并将读取的电压值发送给所述控制单元进行转换；

及电流切换单元，所述电流切换单元分别与所述控制单元及被测单元相连接，用于接入标准电压，并根据所述控制单元设定恒流输出值，向被测单元输出恒流源。

上述方案可见，由电流切换单元产生电流值通入被测单元，而电流切换单元通入被测单元的电流由控制单元来控制输出大小，电压读取单元对被测单元的压降进行读取并反馈给控制单元，控制单元将接收到的压降转换成阻值，即可快速地获得被测单元的阻值，其结构简单，且通过控制单元来实现不同恒流输出，大大提高了精度，且恒流的电流值范围宽，测量范围较广，能够满足宽范围的阻值测试要求，另外，与现有的采用仪器测量或者一般的恒流源相比，本实用新型采用集成电路设计的方式将控制单元、电压读取单元和电流切换单元集成设计，这极大地降低了测试成本，同时也缩短了测试过程中的通电时间，避免了被测单元出现快速温升现象而对测量结果造成影响，进一步提高了测量精度。

进一步地，所述控制单元包括MCU芯片、GPIO口及外围电路，所述MCU芯片内置有12bit的DAC，所述外围电路包括若干个阻容元件及EEPROM存储，所述GPIO口及所述DAC均与所述电流切换单元相连接。所述MCU芯片的型号为STM32F103。

上述方案可见，通过MCU芯片内置的12bit DAC能够为电路设置精确的恒流电流值，电压设置的最小分辨率可达到1mV，而GPIO口能够用来精确地控制电子开关，通过控制电子开关切换不同的电阻，从而选择不同的恒流源档位，其电流值范围为1uA～100mA，且可在该范围内任意切换，按照需求进行选择；EEPROM存储则能够对DAC的设定值进行保存，为后续的测试提供便捷，若干个阻容元件的存在则是为了保证输出的电流保持为恒流，以满足电阻测量要求。

又进一步地，所述电压读取单元包括24bit的ADC，所述ADC分别与所述MCU芯片及被测单元相连接。所述ADC的型号为AD7172。由此可见，通过MCU控制高精度ADC来读取通入恒流源后被测单元的压降，并反馈到控制单元去换算出对应阻值的大小，这确保了换算出的阻值的精确性。

再进一步地，所述电流切换单元包括跟随运放器、电子开关、比较器及场效应管，所述跟随运放器的输入端与标准2.5V电压源连接，输出端与所述电子开关相连接，所述电子开关的输出脚分别连接到所述比较器的负输入极和所述场效应管的源极，所述比较器的输入正极与所述ADC相连接，所述比较器的输出端与所述场效应管的栅极相连接，所述场效应管的漏极与被测单元相连接。所述电子开关的型号为ADG1408。

上述方案可见，通过跟随运放器的设置，保证了电子开关不会对跟随运放器连接着的标准电压造成影响，电子开关具有多个阻值可设定，即可根据需要接入相应的阻值，而比较器将标准电压2.5V和DAC输出的电压之间的压差分配到回路上的阻抗元件中，从而形成恒流源，而通过调节DAC的输出和电子开关电阻的切换，即可得到目标恒流源的大小，其具有极高的控制精度和测量精度。

另外，在所述场效应管的漏极输出端还连接有万用表。由此可见，在电流切换单元的输出端口处设置万用表，利用万用表即可直观地读取恒流源输出的电流大小，而万用表的设置能够对恒流源进行校准：由于电流切换单元含有的电阻本身存在偏差和电路回路阻抗的存在，输出的恒流源会存在一定偏差，通过控制单元设置DAC得到目标恒流源的大小，并与万用表的读数进行比较，若存在偏差，再调节DAC的大小，直到逼近控制单元设定的目标恒流值，并将最终能设置目标值的DAC的值存入EEPROM，从而实现校准的目的，这进一步保证了测量精度。

附图说明

图1是本实用新型电路原理结构方框示意图；

图2是所述控制单元的原理示意图；

图3是所述电压读取单元的原理示意图；

图4是所述电流切换单元原理示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型包括控制单元1、电压读取单元2及电流切换单元3，所述控制单元1与电压读取单元2及电流切换单元3相连接，用于设置恒流电流值，并将电压读取单元2反馈的电压值转换成电阻值，读取被测单元4的电阻；所述电压读取单元2与所述控制单元1及被测单元4连接，用于读取被测单元4的压降并将读取的电压值发送给所述控制单元1进行转换；所述电流切换单元3分别与所述控制单元1及被测单元4相连接，用于接入标准电压，并根据所述控制单元设定恒流输出值，向被测单元4输出恒流源。

所述控制单元1包括MCU芯片U15、GPIO口及外围电路，所述MCU芯片U15内置有12bit的DAC，所述外围电路包括若干个阻容元件及EEPROM存储，所述GPIO口及所述DAC均与所述电流切换单元3相连接。所述电压读取单元2包括24bit的ADC U20，所述ADC U20分别与所述MCU芯片U15及被测单元4相连接。所述电流切换单元3包括跟随运放器U22、电子开关U1、比较器U2A及场效应管Q1，所述跟随运放器U22的输入端与标准2.5V电压源连接，输出端与所述电子开关U1相连接，所述电子开关U1的输出脚分别连接到所述比较器U2A的负输入极和所述场效应管Q1的源极，所述比较器U2A的输入正极与所述ADC U20相连接，所述比较器U2A的输出端与所述场效应管Q1的栅极相连接，所述场效应管Q1的漏极与被测单元4相连接。在本实施例中，所述MCU芯片U15的型号为STM32F103，所述ADC U20的型号为AD7172，所述电子开关U1的型号为ADG1408。

所述MCU芯片U15内置12bit DAC(数字模拟转换器)，可以为电阻测量电路设置精确的恒流电流值，电压设置最小分辨率可以达到1mV。而GPIO用来控制电子开关（ADG1408），通过控制电子开关切换不同的电阻，从而选择不同恒流源的档位，可由1uA到100mA之间任意切换。所述ADC U20的型号为AD7172，是一款24bit的高精度ADC（模拟数字转换器）芯片，24bit ADC精度可达到1uV，确保了换算出精确的阻值。

可见，本实用新型具有如下优点：

1、精度高，采用24bit-ADC和12bit-DAC，保证分辨率在1uA或1uV；

2、响应快，高带宽的运放和MCU处理，响应速度达到uS；

3、集成度高，该电路稳定可靠，方便移植；

4、成本低，整个电路成本在200RMB以内。

本实用新型可程控可调实现恒流源测量阻抗的功能，其电路集成度高，稳定可靠，测量时间快，可应用于消费类电子产品的测试设备行业当中。

Claims (8)

1.一种可程控恒流源的电阻测量电路，其特征在于：它包括

控制单元（1），与电压读取单元（2）及电流切换单元（3）相连接，用于设置恒流电流值，并将电压读取单元（2）反馈的电压值转换成电阻值，读取被测单元（4）的电阻；

电压读取单元（2），与所述控制单元（1）及被测单元（4）连接，用于读取被测单元（4）的压降并将读取的电压值发送给所述控制单元（1）进行转换；

及电流切换单元（3），所述电流切换单元（3）分别与所述控制单元（1）及被测单元（4）相连接，用于接入标准电压，并根据所述控制单元设定恒流输出值，向被测单元（4）输出恒流源。

2.根据权利要求1所述的一种可程控恒流源的电阻测量电路，其特征在于：所述控制单元（1）包括MCU芯片（U15）、GPIO口及外围电路，所述MCU芯片（U15）内置有12bit的DAC，所述外围电路包括若干个阻容元件及EEPROM存储，所述GPIO口及所述DAC均与所述电流切换单元（3）相连接。

3.根据权利要求2所述的一种可程控恒流源的电阻测量电路，其特征在于：所述电压读取单元（2）包括24bit的ADC（U20），所述ADC（U20）分别与所述MCU芯片（U15）及被测单元（4）相连接。

4.根据权利要求3所述的一种可程控恒流源的电阻测量电路，其特征在于：所述电流切换单元（3）包括跟随运放器（U22）、电子开关（U1）、比较器（U2A）及场效应管（Q1），所述跟随运放器（U22）的输入端与标准2.5V电压源连接，输出端与所述电子开关（U1）相连接，所述电子开关（U1）的输出脚分别连接到所述比较器（U2A）的负输入极和所述场效应管（Q1）的源极，所述比较器（U2A）的输入正极与所述ADC（U20）相连接，所述比较器（U2A）的输出端与所述场效应管（Q1）的栅极相连接，所述场效应管（Q1）的漏极与被测单元（4）相连接。

5.根据权利要求4所述的一种可程控恒流源的电阻测量电路，其特征在于：在所述场效应管（Q1）的漏极输出端还连接有万用表。

6.根据权利要求2所述的一种可程控恒流源的电阻测量电路，其特征在于：所述MCU芯片（U15）的型号为STM32F103。

7.根据权利要求3所述的一种可程控恒流源的电阻测量电路，其特征在于：所述ADC（U20）的型号为AD7172。

8.根据权利要求4所述的一种可程控恒流源的电阻测量电路，其特征在于：所述电子开关（U1）的型号为ADG1408。

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