CN213023322U - 一种微波模块的高精度电流监视电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微波模块的高精度电流监视电路，涉及微波技术领域，该高精度电流监视电路包括串联在微波模块和电源之间的采样电阻，采样电阻的两端通过分压电路和电压跟随电路连接到差分放大电路的两个差分输入端，差分放大电路的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接控制器；该高精度电流监视电路运用运算放大器的放大特性可以将微弱的电流信号进行有效放大，运用模数转换器的变换特性可以将检测精度精确至毫安级，从而实现对微波模块实时工作电流的有效监测，结构简单，精度高，尺寸小、成本低，可以对微波模块的电流进行监视，提高微波模块的可靠性。

Description

一种微波模块的高精度电流监视电路

技术领域

本实用新型涉及微波技术领域，尤其是一种微波模块的高精度电流监视电路。

背景技术

工作电流是指示微波模块是否正常工作的一个重要参考指标，因此设计高性能的电流监视电路对微波模块的实时的工作电流进行有效监测是很有必要的，可以有效提高微波模块可靠性。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种微波模块的高精度电流监视电路，本实用新型的技术方案如下：

一种微波模块的高精度电流监视电路，该高精度电流监视电路包括采样电阻、分压电路、电压跟随电路、差分放大电路、模数转换器和控制器，分压电路包括第一分压电路和第二分压电路，电压跟随电路包括第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，采样电阻串联在微波模块和电源之间，采样电阻的一端通过第一分压电路和第一电压跟随电路连接差分放大电路的一个差分输入端，采样电阻的另一端通过第二分压电路和第二电压跟随电路连接差分放大电路的另一个差分输入端，差分放大电路的输出端连接模数转换器，模数转换器的输出端连接控制器，控制器连接微波模块的电源控制端，高精度电流监视电路的电流变化测量精度与采样电阻的阻值、第一分压电路的分压系数、差分放大电路的放大倍数以及模数转换器的检测精度相关，第二分压电路的分压系数与第一分压电路的分压系数相等。

其进一步的技术方案为，差分放大电路包括第三运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻，第三运算放大器的同相输入端连接第六电阻的一端，第六电阻的另一端作为差分放大电路的差分输入端连接第一电压跟随电路，第三运算放大器的同相输入端还通过第七电阻接地；第三运算放大器的反相输入端连接第八电阻的一端，第八电阻的另一端作为差分放大电路的差分输入端连接第二电压跟随电路，第三运算放大器的反相输入端还通过第九电阻连接第三运算放大器的输出端，第三运算放大器的输出端作为差分放大电路的输出端连接模数转换器，差分放大电路的放大倍数为第七电阻的阻值与第六电阻的阻值的比值。

其进一步的技术方案为，第一分压电路包括第二电阻和第三电阻，第二电阻和第三电阻形成的串联电路的一端连接采样电阻、另一端接地，第二电阻和第三电阻的公共端连接第一电压跟随电路；

第二分压电路包括第四电阻和第五电阻，第四电阻和第五电阻形成的串联电路的一端连接采样电阻、另一端接地，第四电阻和第五电阻的公共端连接第二电压跟随电路；

第一分压电路和第二分压电路的分压系数为

其中R₂是第二电阻的阻值，R₃是第三电阻的阻值，R₄是第四电阻的阻值，R₅是第五电阻的阻值。

其进一步的技术方案为，高精度电流监视电路的电流变化测量精度为：

其中，K为第一分压电路的分压系数，T为模数转换器的检测精度且

V_AD是模数转换器的工作电压，n是模数转换器的串码位数，D是差分放大电路的放大倍数，R₁是采样电阻的阻值。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种微波模块的高精度电流监视电路，该高精度电流监视电路可以对微波模块实时的工作电流进行有效监测，该电路通过使用运算放大器的放大特性可以将微弱的电流信号进行有效放大，运用模数转换器的变换特性可以将检测精度精确至毫安级，从而实现对模块中的电流进行高精度监视功能，结构简单，精度高，尺寸小、成本低，可以对微波模块的电流进行监视，提高微波模块的可靠性。

同时电路中增加分压电路和电压跟随电路，可以降低第三运算放大器的输入电压使其调整至输入水平，避免第三运算放大器的输入电压饱和，电压跟随电路也可以隔离分压电路对差分放大电路的影响。

附图说明

图1是本申请的高精度电流监视电路的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种微波模块的高精度电流监视电路，请参考图1，该高精度电流监视电路包括采样电阻R₁、分压电路、电压跟随电路、差分放大电路、模数转换器U4和控制器U5，模数转换器U4和控制器U5都可以采用市售芯片实现，控制器U5可以由单片机芯片或FPGA芯片实现。

分压电路包括第一分压电路和第二分压电路，电压跟随电路包括第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，采样电阻R₁串联在微波模块和电源VCC之间，采样电阻R₁的一端通过第一分压电路和第一电压跟随电路连接差分放大电路的一个差分输入端，采样电阻R₁的另一端通过第二分压电路和第二电压跟随电路连接差分放大电路的另一个差分输入端，差分放大电路的输出端连接模数转换器U4，模数转换器U4的输出端连接控制器U5，控制器U5连接微波模块的电源控制端。

第二分压电路的分压系数与第一分压电路的分压系数相等均为K，该高精度电流监视电路的电流变化测量精度与采样电阻R₁的阻值、第一分压电路的分压系数K、差分放大电路的放大倍数D以及模数转换器的检测精度T相关，其中，模数转换器U4的检测精度

V_AD是模数转换器的工作电压，n是模数转换器的串码位数，也即模数转换器U4的输入电压变化

时、输出串码变化 1位。

在本申请中，第一电压跟随电路和第二电压跟随电路均由运算放大器实现，第一电压跟随电路由第一运算放大器U1实现，第二电压跟随电路由第二运算放大器U2实现。

第一分压电路包括第二电阻R₂和第三电阻R₃，第二电阻R₂和第三电阻R₃形成的串联电路的一端连接采样电阻R₁、另一端接地，第二电阻R₂和第三电阻R₃的公共端连接第一电压跟随电路，也即连接第一运算放大器U1的同相输入端，第一运算放大器U1的反相输入端与输出端相连。

第二分压电路包括第四电阻R₄和第五电阻R₅，第四电阻R₄和第五电阻R₅形成的串联电路的一端连接采样电阻R₁、另一端接地，第四电阻R₄和第五电阻R₅的公共端连接第二电压跟随电路，也即连接第二运算放大器U2的同相输入端，第二运算放大器U2的反相输入端与输出端相连。

第一分压电路和第二分压电路的分压系数为

差分放大电路包括第三运算放大器U3、第六电阻R₆、第七电阻R₇、第八电阻R₈和第九电阻R₉，第三运算放大器U3的同相输入端连接第六电阻R₆的一端，第六电阻R₆的另一端作为差分放大电路的差分输入端连接第一电压跟随电路也即连接第一运算放大器U1的输出端。第三运算放大器U3的同相输入端还通过第七电阻R₇接地。第三运算放大器U3的反相输入端连接第八电阻R₈的一端，第八电阻R₈的另一端作为差分放大电路的差分输入端连接第二电压跟随电路也即连接第二运算放大器U2的输出端。第三运算放大器U3的反相输入端还通过第九电阻R₉连接第三运算放大器U3的输出端。第三运算放大器U3的输出端作为差分放大电路的输出端连接模数转换器U4。该差分放大电路的放大倍数为第七电阻R₇的阻值与第六电阻R₆的阻值的比值也即放大倍数

在本申请中，采样电阻R₁两端的压降为U₀＝R₁×I，I为流经采样电阻R₁的电流值。在微波模块工作时，在该采样电阻R₁上的压降不能太高，否则会影响微波模块的电压，因此采样电阻R₁通常选择阻值小、耐功率大的电阻，比如本申请取采样电阻R₁的阻值为100mΩ。

采样电阻R₁两端的压降经过分压电路后进入电压跟随电路的压降即为

也即U1和U2的输入端的压降为

电压跟随电路的输出电压等于同相输入端且能够隔离前级对后级的影响，因此U1和U2的输出端的压降也为

经过差分放大电路的放大后，差分放大电路的输出端的电压即为

通过以上电路，即把采样电阻R₁两端的压差变换到了一个以地为参考的电压。模数转换器 U4将差分放大电路输出的电压转换为数字串码给控制器，控制器即能根据接收到的数字串码监视到微波模块的工作电流。当输入的数字串码超出正常范围内时可以认为微波模块的电流超出正常范围，则此时控制器还可以控制微波模块下电以保证安全性，控制器的这部分处理方法属于本领域技术人员的常规处理方法，本申请对此不作赘述。因此有

所以该高精度电流监视电路的电流变化测量精度为

也即流经采样电阻R₁的电流值I每变化

模数转换器U4输出码串即可变化1位。

比如在本申请中，取采样电阻R₁的阻值为100mΩ，取R₂＝R₃以及R₄＝R₅，则分压系数

模数转换器U4采用12位串码、工作电压为3.3V，因此检测精度

即当模数转换器U4的输入电压变化0.8mV时、输出串码变化1位。假设差分放大电路的放大倍数D设为100倍。则该高精度电流监视电路的电流变化测量精度为0.16mA，也即R₁的电流值变化0.16mA时，模数转换器U4输出码串即可变化1位实现检测，精度较高。而且可以调整上述参数进一步提高精度。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种微波模块的高精度电流监视电路，其特征在于，所述高精度电流监视电路包括采样电阻、分压电路、电压跟随电路、差分放大电路、模数转换器和控制器，所述分压电路包括第一分压电路和第二分压电路，所述电压跟随电路包括第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，所述采样电阻串联在微波模块和电源之间，所述采样电阻的一端通过所述第一分压电路和所述第一电压跟随电路连接所述差分放大电路的一个差分输入端，所述采样电阻的另一端通过所述第二分压电路和所述第二电压跟随电路连接所述差分放大电路的另一个差分输入端，所述差分放大电路的输出端连接所述模数转换器，所述模数转换器的输出端连接所述控制器，所述控制器连接所述微波模块的电源控制端，所述高精度电流监视电路的电流变化测量精度与所述采样电阻的阻值、所述第一分压电路的分压系数、所述差分放大电路的放大倍数以及所述模数转换器的检测精度相关，所述第二分压电路的分压系数与所述第一分压电路的分压系数相等。

2.根据权利要求1所述的高精度电流监视电路，其特征在于，所述差分放大电路包括第三运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述第三运算放大器的同相输入端连接所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端作为所述差分放大电路的差分输入端连接所述第一电压跟随电路，所述第三运算放大器的同相输入端还通过所述第七电阻接地；所述第三运算放大器的反相输入端连接所述第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端作为所述差分放大电路的差分输入端连接所述第二电压跟随电路，所述第三运算放大器的反相输入端还通过所述第九电阻连接所述第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的输出端作为所述差分放大电路的输出端连接所述模数转换器，所述差分放大电路的放大倍数为所述第七电阻的阻值与所述第六电阻的阻值的比值。

3.根据权利要求1所述的高精度电流监视电路，其特征在于，所述第一分压电路包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻和第三电阻形成的串联电路的一端连接所述采样电阻、另一端接地，所述第二电阻和第三电阻的公共端连接所述第一电压跟随电路；

所述第二分压电路包括第四电阻和第五电阻，所述第四电阻和第五电阻形成的串联电路的一端连接所述采样电阻、另一端接地，所述第四电阻和第五电阻的公共端连接所述第二电压跟随电路；

所述第一分压电路和所述第二分压电路的分压系数为

其中R₂是所述第二电阻的阻值，R₃是所述第三电阻的阻值，R₄是所述第四电阻的阻值，R₅是所述第五电阻的阻值。

4.根据权利要求1-3任一所述的高精度电流监视电路，其特征在于，所述高精度电流监视电路的电流变化测量精度为：

其中，K为所述第一分压电路的分压系数，T为所述模数转换器的检测精度且

V_AD是所述模数转换器的工作电压，n是所述模数转换器的串码位数，D是所述差分放大电路的放大倍数，R₁是所述采样电阻的阻值。

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