CN217156638U

CN217156638U - 一种多量程的电流测量电路

Info

Publication number: CN217156638U
Application number: CN202220681392.2U
Authority: CN
Inventors: 郝瑞庭; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: Beijing Huafeng Test & Control Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Huafeng Test & Control Technology Co ltd
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2032-03-25

Abstract

本申请属于集成电路测试领域，具体提供了一种多量程的电流测量电路。该电流测量电路包括多个测量单元，每个测量单元中均包括：第一光继电器、第一运算放大器、第一电阻和第二电阻。基于本申请提供的技术方案，不仅可以提高小量程电流测量电路中的测量精度，还可以提升电路的集成度。

Description

一种多量程的电流测量电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路测试领域，特别是指一种多量程的电流测量电路。

背景技术

在电流测量领域中，一般需要通过采样电路将被测电流转换为表征该被测电流大小的电压信号，然后通过测量该电压值来换算得到被测电流的大小。一般常见的用于采样电流的元器件有电阻、霍尔电流传感器、电流互感器以及罗氏线圈等等。其中，电阻是较为常用的采样元件。在设计电流采样电阻时，一般会通过开关来切换不同阻值的电阻，从而模拟不同电流量程。

在自动测试设备中，一般选用继电器作为切换开关，因此会使用继电器来切换不同阻值的电阻。与干簧继电器相比，由于光继电器具有极短的吸合和释放时间，且其尺寸较小等众多优点，因此，在本领域中一般选用光继电器作为切换开关，特别是元器件集成度较高的应用。但是，与干簧继电器相比光继电器开关触点之间的绝缘电阻较小，因此，在一些小电流量程的应用中，例如不高于10uA，光继电器触点间产生的漏电流会直接影响电流测量的精度。

如图1所示为现有技术中一种多量程的电流测量电路，其中开关K为光继电器，电阻R为采样电阻，图1示出的为多个采样电阻并联的形式。如图2所示为现有技术中另一种多量程的电流测量电路，图2示出的为多个采样电阻串联的形式。通过控制图1和2中各光继电器的通断，可以实现不同电流量程的切换。但是，由于光继电器触点间产生的漏电流会影响电流测量的精度。

实用新型内容

鉴于现有技术的以上问题，本实用新型提供一种电流测量电路，以提高小量程电流测量电路中的测量精度。

为达到上述目的，本实用新型第一方面提供一种多量程的电流测量电路，包括多个测量单元，每个测量单元中均包括：第一光继电器、第一运算放大器、第一电阻和第二电阻；所述第一运算放大器并联于所述第一光继电器的两端；其中，所述第一运算放大器的同相输入端连接于所述第一光继电器的一端，所述第一运算放大器的反相输入端连接于所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端与所述第一光继电器另一端的连接线上连接有所述第一电阻；所述第二电阻与所述第一光继电器串联；所述第一光继电器中的第一端为所述多量程的电流测量电路的第一测量端，所述第二电阻的第二端为所述多量程的电流测量电路的第二测量端；其中，所述第一光继电器中的第一端为远离所述第二电阻的一端；所述第二电阻的第二端为远离所述第一光继电器的一端。

由上，该第一运算放大器为电压跟随器。在该多量程的电流测量电路中，通过在第一光继电器的两端并联一运算放大器(电压跟随器)，该运算放大器的输入电压(即正向输入端的电压)与第一光继电器第一端的电压相等，该运算放大器的输出端电压与其输入端电压相等，即运算放大器的输出端电压与第一光继电器第一端的电压相等，因此，第一光继电器两端的电压差即为第一电阻两端的电压差，根据欧姆定律，第一电阻两端的电压为其电流与阻值的乘积，当第一光继电器处于断开状态时，则第一电阻的电流非常小，因此，第一电阻两端的电压差也非常小，从而实现了第一光继电器两端的电压差很小，进而降低了其漏电流，从而提高电流测量精度。

作为第一方面一种可能的实现方式，还包括：第三电阻，连接于所述测量单元中的所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端之间。

由上，通过在第一运算放大器的反相输入端与输出端之间连接第三电阻，从而实现对第一运算放大器的反相输入端引脚的保护。

作为第一方面一种可能的实现方式，所述多个测量单元为并联连接。

作为第一方面一种可能的实现方式，还包括：第二光继电器，连接于所述测量单元中的所述第一光继电器和所述第二电阻之间，所述第二光继电器用于切换电流测量量程。

由上，通过在测量单元中连接第二光继电器可以控制接入的电流量程，从而实现多量程切换。

作为第一方面一种可能的实现方式，还包括：电压采样电路，所述电压采样电路的第一输入端通过第三继电器连接至各个所述测量单元中所述第二电阻的第一端，所述电压采样电路的第二输入端通过第四继电器连接至各个所述测量单元中所述第二电阻的第二端；所述电压采样电路的输出端用于输出采样结果。

作为第一方面一种可能的实现方式，所述电压采样电路为仪表放大器。

由上，通过设置采样电路实现电阻采样。

作为第一方面一种可能的实现方式，所述第一运算放大器为电压跟随器。

本申请第二方面提供一种多量程的电流测量电路，包括多个测量单元，每个测量单元中均包括：第一光继电器、第二光继电器、第一运算放大器、第一电阻和第二电阻；所述第一运算放大器并联于所述第一光继电器的两端；其中，所述第一运算放大器的同相输入端连接于所述第一光继电器中的一端，所述第一运算放大器的反相输入端连接于所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端与所述第一光继电器另一端的连接线上连接有所述第一电阻；在所述多量程的电流测量电路的第一个测量单元中：第二光继电器、第一光继电器和第二电阻以第一方式连接，第二电阻的第一端为多量程的电流测量电路的第一测量端，其中，第二电阻的第一端为远离下一测量单元的一端；第二电阻的第二端用于与下一测量单元连接；第一光继电器和第二光继电器二者中位于边缘处的继电器的边缘端用于与下一测量单元连接；在所述多量程的电流测量电路的各可选的中间的测量单元中：第二光继电器、第一光继电器和第二电阻以第一方式连接，第二电阻的第一端用于与上一测量单元中第二电阻的第二端连接，第二电阻的第二端用于与下一测量单元中的第二电阻的第一端连接；第一光继电器中远离第二电阻的一端用于与上一测量单元中位于边缘处的继电器的边缘端连接；其中，所述第一方式包括第二光继电器、第一光继电器和第二电阻依次串联，或者第一光继电器、第二光继电器和第二电阻依次串联；在所述多量程的电流测量电路的最后一个测量单元中：第二光继电器、第一光继电器和第二电阻以第二方式连接，第二电阻的第二端为所述多量程的电流测量电路的第二测量端；其中，第二电阻的第二端为远离上一测量单元的一端；第二电阻的第一端用于与上一测量单元连接；第一光继电器中远离第二电阻的一端用于与上一测量单元中位于边缘处的继电器的边缘端连接；其中，所述第二方式包括环路连接。

由上，本方面提供的多量程的电流测量电路为采样电阻串联(第二电阻)形式。

作为第二方面一种可能的实现方式，还包括：第三电阻，连接于各所述测量单元中的所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端之间。

作为第二方面一种可能的实现方式，还包括：电压采样电路，所述电压采样电路并联于各个所述测量单元中的第二电阻的两端，且所述电压采样电路与所述第二电阻的各条连接线上分别连接有继电器；所述电压采样电路的输出端用于输出采样结果。

本实用新型的这些和其它方面在以下(多个)实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

图1为现有技术提供的一种多量程的电流测量电路的电路图；

图2为现有技术提供的另一种多量程的电流测量电路的电路图；

图3为本实用新型实施例提供的一种可选的多量程的电流测量电路中一个测量单元的电路结构图；

图4为本实用新型实施例提供的一种可选的多量程的电流测量电路中一个测量单元的另外一种电路结构图；

图5为本实用新型实施例提供的一种可选的多量程的电流测量电路的电路图；

图6为本实用新型实施例提供的一种可选的多量程的电流测量电路中一个测量单元的电路结构图；

图7为本实用新型实施例提供的串联形式的一种可选的多个电流采样电阻串联的多量程电流测量电路图；

图8为本实用新型实施例提供的串联形式的再一种可选的多个电流采样电阻串联的多量程电流测量电路图。

具体实施方式

说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块A、模块B、模块C等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本实用新型实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置A和B的设备”不应局限为仅由部件A和B组成的设备。

本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。如有不一致，以本说明书中所说明的含义或者根据本说明书中记载的内容得出的含义为准。另外，本文中所使用的术语只是为了描述本实用新型实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。

下面参见各图，对本申请实施例提供的一种多量程的电流测量电路进行详细说明。

如图3所示，为本申请实施例提供的多量程的电流测量电路中一个测量单元的电路结构图。在本实施例中，该多量程的电流测量电路的测量单元10包括第一光继电器K1、第一运算放大器U1、第一电阻R1和第二电阻R2。其中，该第一运算放大器U1并联于第一光继电器K1的两端。作为一种实现方式，该第一运算放大器U1的同相输入端与该第一光继电器K1的一端110连接，该第一运算放大器U1的反相输入端与第一运算放大器U1的输出端连接，第一运算放大器U1的输出端还通过第一电阻R1与第一光继电器K1的另一端120连接，该第一光继电器K1还与第二电阻R2串联，例如：该第二电阻R2可以连接于第一光继电器K1的一端110上(未图示)，也可以连接于第一光继电器K1的一端120上(图3示出的形式)。在本实施例中，第一光继电器K1的第一端为该多量程的电流测量电路10的第一测量端CURRENT_1，该第二电阻R2的第二端为该多量程的电流测量电路10的第二测量端CURRENT_2。其中，第一光继电器K1中的第一端为远离第二电阻R2的一端；第二电阻R2的第二端为远离第一光继电器K1的一端。在本实施例中，通过上述连接方式，可知该第一运算放大器U1为电压跟随器。

需要说明的是，上述的第一光继电器的第一端和第二端是指光继电器的开关触点，本申请各图中的光继电器K1、K2仅简单示出两个端点，这两个端点代表光继电器的开关触点，而光继电器的其他的控制端未被示出。

第一测量端和第二测量端是指用于测量的端口，第一测量端和第二测量端可以分别选自信号输入端和信号输出端。

作为一种可选的实现方式，在第一运算放大器U1的同相输入端与第一光继电器K1的第一端110之间可以连接一电阻(未图示)，通过该电阻可以保护运算放大器的同相输入引脚。

作为另外一种可选的实现方式，在第一运算放大器U1的反相输入端与第一运算放大器U1的输出端之间还连接有第三电阻R3，如图3示出的R3，通过该第三电阻R3，可以实现对运算放大器反相输入引脚的保护。

如图3示出的，该测量单元还包括第一电压采样电路U2。该第一电压采样电路U2并联至第二电阻R2的两端，用于实现对第二电阻R2的电压采样。其中，第一电压采样电路U2的输出端V_ISENSE用于输出该采样电路的采样结果，其中，该采样电路的采样结果为第二电阻R2的电压与该采样电路U2的增益的乘积。

如图4所示，作为一种可选的实现方式，该第一电压采样电路U2可以仪表放大器。

下面介绍图3示出的多量程的电流测量电路中测量单元的工作原理。

当第一光继电器K1处于关断状态时，第一运算放大器U1的同相输入端电压为第一光继电器K1的第一端110处的电压。由于第一运算放大器U1为电压跟随器，因此其输出端的电压与其同相输入端(即第一光继电器K1的第一端110)的电压相等。进一步，第一光继电器K1两端的电压差为图3中第一电阻R1两端的电压差。根据欧姆定律，第一电阻R1的电压为其电流与阻值的乘积，由于第一光继电器K1处于关断状态，因此第一电阻R1的电流非常小，进而第一电阻R1的电压也非常小，从而使第一光继电器K1两端(110端与120端)之间电压差非常小，进而实现减小第一光继电器K1漏电流的目的。

如图5所示，为本申请实施例提供的一种多量程的电流测量电路的电路结构图，其中，该电路由多组如图3示出的测量单元10并联构成。该测量单元10为上述实施例中的测量单元10，其电路连接结构以及工作原理均与上述实施例相同，故本实施例不再对相同部分进行赘述。在该多量程的电流测量电路的电路20中，多组测量单元10并联。其中，在各组测量单元10中，第一光继电器K1和第二电阻R2之间还连接有第二光继电器K2，该第二光继电器K2也用于控制切换电流量程。作为一种可选的实现方式：每组测量单元10对应一个电流量程，通过控制不同的测量单元10(每个测量单元中的第二电阻R2的阻值可以不同)接入，可以实现量程切换。作为另外一种可选的实现方式：通过控制测量单元10(每个测量单元中的第二电阻R2的阻值相同)的接入数量实现不同量程的切换。

在本实施例中，该多量程的电流测量电路的电路20还包括第二电压采样电路，该第二电压采样电路的第一输入端通过第三继电器K3连接至各组测量单元10中第二电阻R2的一端，第二电压采样电路的第二输入端通过第四继电器K4连接至各组所述测量单元10中第二电阻R2的另一端。第二电压采样电路的输出端V_ISENSE用于输出采样结果。

如图6所示为本申请另一实施例提供另一种测量单元的电路图，本实施例中测量单元中所包括的器件以及工作原理均与上一实施例相同，故本实施例不对重复部分进行赘述。其不同之处在于：第一运算放大器U1的同相输入端连接于第一光继电器K1与第二电阻R2的连接线上，第一运算放大器U1的输出端连接于第一光继电器K1中远离第二电阻R2的一端上。

如图7所示，在本申请的另一实施例中，提供了一种多个电流采样电阻串联的多量程电流测量电路。其中，该多量程电流测量电路包括多个测量单元，各测量单元的采样电阻串联。其中，在一个测量单元中，即图7中一个虚线框为一个测量单元，该测量单元包括第一光继电器K1、第二光继电器K2、第一运算放大器U1、第一电阻R1和第二电阻R2；第一运算放大器U1并联于所述第一光继电器K1的两端，具体为：第一运算放大器U1的同相输入端连接于所述第一光继电器K1中的一端，所述第一运算放大器U1的反相输入端连接于所述第一运算放大器U1的输出端，所述第一运算放大器U1的输出端与所述第一光继电器K1的另一端的连接线上连接有所述第一电阻R1。

下面具体介绍各个测量单元的连接方式：

在本实施例中，在多量程的电流测量电路的第一个测量单元中：作为一种实现方式，第二光继电器K2、第一光继电器K1和第二电阻R2可以以第一种方式连接，即：第二光继电器K2、第一光继电器K1和第二电阻R2依次串联，第二电阻R2的第一端为多量程的电流测量电路的第一测量端CURRENT_1，其中，第二电阻R2的第一端为远离下一测量单元的一端；第二电阻R2的第二端用于与下一测量单元连接；第二光继电器K2的边缘端用于与下一测量单元连接。

在本实施例中，在多量程的电流测量电路的各可选的中间的测量单元中：作为一种实现方式，第二光继电器K2、第一光继电器K1和第二电阻R2可以以第一种方式连接，即：第二光继电器K2、第一光继电器K1和第二电阻R2依次串联，第二电阻R2的第一端用于与上一测量单元中第二电阻R2的第二端连接，第二电阻R2的第二端用于与下一测量单元中的第二电阻R2的第一端连接；第一光继电器K1中远离第二电阻R2的一端用于与上一测量单元中第二继电器K2的边缘端连接。

在本实施例中，在多量程的电流测量电路的最后一个测量单元中：第二光继电器K2、第一光继电器K1和第二电阻R2环路连接，其中包括第二光继电器K2、第一光继电器K1和第二电阻R2依次成环连接，还包括第一光继电器K1、第二光继电器K2和第二电阻R2依次成环连接。第二电阻R2的第二端为所述多量程的电流测量电路的第二测量端CURRENT_2；第二电阻R2的第一端用于与上一测量单元连接；第一光继电器中远离第二电阻R2的一端用于与上一测量单元中位于边缘处的继电器的边缘端连接；其中，第二电阻R2的第二端为远离上一测量单元的一端。

应理解，在上述描述中，中间的测量单元为可选的，即：在一些实施例中可以包括一个或多个中间的测量单元，在这种情况下，多量程的电流测量电路包括至少三个测量单元(第一个测量单元、至少一个中间的测量单元和最后一个测量单元)；在一些实施例还可以不存在中间测量单元，在这种情况下，多量程的电流测量电路包括两个测量单元(第一测量单元和最后一个测量单元)，此时，第一测量单元为最后一个测量单元的上一测量单元，最后一个测量单元为第一测量单元的下一测量单元。

作为另外一种实现方式，如图8所示，在第一个测量单元和各中间的测量单元中，第二光继电器K2、第一光继电器K1和第二电阻R2可以以第二种方式连接，即：第一光继电器K1、第二光继电器K2和第二电阻R2依次串联。应理解，上述第一种连接方式和上述第二种连接方式可以单独存在于一个多量程的电流测量电路中，也可以同时存在于同一个多量程的电流测量电路中，例如：第一个测量单元采用第一种连接方式连接第二光继电器K2、第一光继电器K1和第二电阻R2，中间某测量单元采用第二种连接方式连接第二光继电器K2、第一光继电器K1和第二电阻R2，本申请不对其进行特殊限定。

如图7和图8示出的，该电流测量中还包括电压采样电路，电压采样电路的第一输入端通过第三继电器K3连接至各个所述测量单元中所述第二电阻R2的一端，所述电压采样电路的第二输入端通过第四继电器K4连接至各个所述测量单元中所述第二电阻R2的另外一端；所述电压采样电路的输出端用于输出采样结果。

本申请实施例提供的技术方案，在小量程(例如不高于10uA)的电流测量线路中，可以利用光继电器作为电流采样电阻的切换开关，且可以使光继电器两端的漏电流较小(例如不高于1nA)，从而提高小量程电流测量电路中的测量精度。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型的构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本实用新型的保护范畴。

Claims

1.一种多量程的电流测量电路，其特征在于，包括多个测量单元，每个测量单元中均包括：第一光继电器、第一运算放大器、第一电阻和第二电阻；

所述第一运算放大器并联于所述第一光继电器的两端；其中，所述第一运算放大器的同相输入端连接于所述第一光继电器的一端，所述第一运算放大器的反相输入端连接于所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端与所述第一光继电器另一端的连接线上连接有所述第一电阻；

所述第二电阻与所述第一光继电器串联；

所述第一光继电器中的第一端为所述多量程的电流测量电路的第一测量端，所述第二电阻的第二端为所述多量程的电流测量电路的第二测量端；

其中，所述第一光继电器中的第一端为远离所述第二电阻的一端；所述第二电阻的第二端为远离所述第一光继电器的一端。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

第三电阻，连接于所述测量单元中的所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端之间。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述多个测量单元为并联连接。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，还包括：

第二光继电器，连接于所述测量单元中的所述第一光继电器和所述第二电阻之间，所述第二光继电器用于切换电流测量量程。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，还包括：

电压采样电路，所述电压采样电路的第一输入端通过第三继电器连接至各个所述测量单元中所述第二电阻的第一端，所述电压采样电路的第二输入端通过第四继电器连接至各个所述测量单元中所述第二电阻的第二端；所述电压采样电路的输出端用于输出采样结果。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述电压采样电路为仪表放大器。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一运算放大器为电压跟随器。

8.一种多量程的电流测量电路，其特征在于，包括多个测量单元，每个测量单元中均包括：第一光继电器、第二光继电器、第一运算放大器、第一电阻和第二电阻；所述第一运算放大器并联于所述第一光继电器的两端；其中，所述第一运算放大器的同相输入端连接于所述第一光继电器中的一端，所述第一运算放大器的反相输入端连接于所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端与所述第一光继电器另一端的连接线上连接有所述第一电阻；

在所述多量程的电流测量电路的第一个测量单元中：第二光继电器、第一光继电器和第二电阻以第一方式连接，第二电阻的第一端为多量程的电流测量电路的第一测量端，其中，第二电阻的第一端为远离下一测量单元的一端；第二电阻的第二端用于与下一测量单元连接；第一光继电器和第二光继电器二者中位于边缘处的继电器的边缘端用于与下一测量单元连接；

在所述多量程的电流测量电路的各可选的中间的测量单元中：第二光继电器、第一光继电器和第二电阻以第一方式连接，第二电阻的第一端用于与上一测量单元中第二电阻的第二端连接，第二电阻的第二端用于与下一测量单元中的第二电阻的第一端连接；第一光继电器中远离第二电阻的一端用于与上一测量单元中位于边缘处的继电器的边缘端连接；其中，所述第一方式包括第二光继电器、第一光继电器和第二电阻依次串联，或者第一光继电器、第二光继电器和第二电阻依次串联；

在所述多量程的电流测量电路的最后一个测量单元中：第二光继电器、第一光继电器和第二电阻以第二方式连接，第二电阻的第二端为所述多量程的电流测量电路的第二测量端；其中，第二电阻的第二端为远离上一测量单元的一端；第二电阻的第一端用于与上一测量单元连接；第一光继电器中远离第二电阻的一端用于与上一测量单元中位于边缘处的继电器的边缘端连接；其中，所述第二方式包括环路连接。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，还包括：

第三电阻，连接于各所述测量单元中的所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端之间。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，还包括：

电压采样电路，所述电压采样电路并联于各个所述测量单元中的第二电阻的两端，且所述电压采样电路与所述第二电阻的各条连接线上分别连接有继电器；所述电压采样电路的输出端用于输出采样结果。