CN220064220U - 多模拟开关链路电流校准装置和测试机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多模拟开关链路电流校准装置，包括：根据模拟开关矩阵的输出模拟开关单元导通、负载接入模块空载时分析保存的漏电补偿函数，对电流输出和电流测量进行漏电补偿的输出测量模块，包括高端输出端口、高端测量端口和低端测量端口；负载接入模块，包括第一端子和第二端子，负载接入模块的第二端子连接输出测量模块的低端测量端口，且接地设置；模拟开关矩阵，包括输出模拟开关单元，输出模拟开关单元在导通时，将输出测量模块的高端输出端口、输出测量模块的高端测量端口均与负载接入模块的第一端子连通。输出测量模块根据保存的漏电补偿函数，对电流输出和电流测量进行漏电补偿，降低模拟开关的漏电流影响，提高了电流输出测量精度。

Description

多模拟开关链路电流校准装置和测试机

技术领域

本申请涉及电流校准技术领域，特别是涉及一种多模拟开关链路电流校准装置和测试机。

背景技术

目前的FIMI(输出电流，测试电流)校准方案，是由逻辑控制单元的DAC(Digital-to-Analog Converter，数模转换器)模块产生若干个模拟电压来驱动负载模组，上位机分别通过电流测量单元和标准仪器读取电流值得到两组电流值，经过计算得到校准系数，上位机将得到的校准系数写入存储单元，然后选择电源通路及负载通路，利用校准系数进行电流测量单元的电流校准。然而，这种FIMI校准方案应用在输出链路上存在较多模拟开关的场景时，会产生较大漏电流时，造成电流输出测量精度低的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高电流输出测量精度的多模拟开关链路电流校准装置和测试机。

一种多模拟开关链路电流校准装置，包括：

根据模拟开关矩阵的输出模拟开关单元导通、负载接入模块空载时分析保存的漏电补偿函数，对电流输出和电流测量进行漏电补偿的输出测量模块，包括高端输出端口、高端测量端口和低端测量端口；

所述负载接入模块，包括第一端子和第二端子，所述负载接入模块的第二端子连接所述输出测量模块的低端测量端口，且接地设置；

所述模拟开关矩阵，包括所述输出模拟开关单元，所述输出模拟开关单元连接所述输出测量模块的高端输出端口、所述输出测量模块的高端测量端口和所述负载接入模块的第一端子；所述输出模拟开关单元在导通时，将所述输出测量模块的高端输出端口、所述输出测量模块的高端测量端口均与所述负载接入模块的第一端子连通。

在其中一个实施例中，多模拟开关链路电流校准装置还包括校准电路，所述校准电路包括若干个校准电阻；所述模拟开关矩阵还包括校准模拟开关单元，所述校准模拟开关单元连接所述输出测量模块的高端输出端口、所述输出测量模块的高端测量端口、所述输出测量模块的低端测量端口以及对应的校准电阻；

所述校准模拟开关单元在导通时，将所述输出测量模块的高端输出端口、所述输出测量模块的高端测量端口与对应校准电阻的第一端导通，以及将所述输出测量模块的低端测量端口与对应校准电阻的第二端导通，所述校准电阻的第二端接地设置。

在其中一个实施例中，所述校准模拟开关单元包括两个以上的模拟开关，各所述模拟开关并联设置。

在其中一个实施例中，所述校准模拟开关单元包括两个以上的模拟开关，各所述模拟开关分组逐级并联。

在其中一个实施例中，多模拟开关链路电流校准装置还包括采集单元，所述采集单元连接所述校准电阻的第一端和所述校准电阻的第二端。

在其中一个实施例中，所述采集单元为ADC采集单元。

在其中一个实施例中，多模拟开关链路电流校准装置还包括用于对所述ADC采集单元进行校准的万用表。

在其中一个实施例中，多模拟开关链路电流校准装置还包括设置于所述模拟开关矩阵的温度传感器。

在其中一个实施例中，所述温度传感器的数量为两个以上，且各所述温度传感器均连接所述输出测量模块。

一种测试机，包括上述的多模拟开关链路电流校准装置。

上述多模拟开关链路电流校准装置和测试机，可在输出模拟开关单元导通、负载接入模块空载时分析确定漏电补偿函数并保存在输出测量模块中，输出测量模块可根据保存的漏电补偿函数，对电流输出和电流测量进行漏电补偿，降低模拟开关的漏电流影响，提高了电流输出测量精度。

附图说明

图1为一实施例中多模拟开关链路电流校准装置的结构框图；

图2为一实施例中多模拟开关链路电流校准装置的结构原理图；

图3为一实施例中漏电流与负载电压的校准拟合结果示意图；

图4为一实施例中校准电阻选通链路示意图；

图5为另一实施例中校准电阻选通链路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，提供了一种多模拟开关链路电流校准装置，适用于多模拟开关链路下uA级小电流档位FIMI校准。如图1所示，多模拟开关链路电流校准装置包括：输出测量模块100、负载接入模块200和模拟开关矩阵300，其中：

输出测量模块100包括高端输出端口HF、高端测量端口HS和低端测量端口LS；负载接入模块200包括第一端子D1和第二端子D2，负载接入模块200的第二端子连接输出测量模块100的低端测量端口LS，且接地设置。模拟开关矩阵300包括输出模拟开关单元320，输出模拟开关单元320连接输出测量模块100的高端输出端口HF、输出测量模块100的高端测量端口HS和负载接入模块200的第一端子D1；输出模拟开关单元320在导通时，将输出测量模块100的高端输出端口HF、输出测量模块100的高端测量端口HS均与负载接入模块200的第一端子D1连通。

其中，输出测量模块100根据输出模拟开关单元320导通、负载接入模块200空载时分析保存的漏电补偿函数，对电流输出和电流测量进行漏电补偿。负载接入模块200的第一端子D1和第二端子D2用于接入负载，负载的类型并不唯一，可以是电阻或其他器件，具体可根据实际场景进行选择。可以理解，分析漏电补偿函数的方式不是唯一的，可以是输出测量模块100在输出模拟开关单元320导通、负载接入模块200空载时进行测量分析，确定漏电补偿函数进行保存；也可以是外部控制器在输出模拟开关单元320导通、负载接入模块200空载时进行测量分析，确定漏电补偿函数并保存至输出测量模块100。为便于理解，以下均以输出测量模块100分析确定漏电补偿函数进行保存，根据保存的漏电补偿函数对电流输出和电流测量进行漏电补偿来进行说明。此外，输出测量模块100还可保存不同温度下分析确定的漏电补偿函数，以便在进行实际电流测量时，选择符合实际环境温度的漏电补偿函数对电流输出和电流测量进行漏电补偿。

在一个实施例中，多模拟开关链路电流校准装置还包括校准电路400，校准电路400包括若干个校准电阻R_DCC；模拟开关矩阵300还包括校准模拟开关单元340，校准模拟开关单元340连接输出测量模块100的高端输出端口HF、输出测量模块100的高端测量端口HS、输出测量模块100的低端测量端口LS以及对应的校准电阻R_DCC。校准模拟开关单元340在导通时，将输出测量模块100的高端输出端口HF、输出测量模块100的高端测量端口HS与对应校准电阻R_DCC的第一端导通，以及将输出测量模块100的低端测量端口LS与对应校准电阻R_DCC的第二端导通，校准电阻R_DCC的第二端接地设置。

其中，校准电阻R_DCC的数量并不唯一，可根据实际需要进行设置。可在校准模拟开关单元340导通、输出模拟开关单元320关断时，通过输出测量模块100进行FIMI校准，得到校准后的电流输出FI₁与电流测量MI₁。可以理解，输出测量模块100进行FIMI校准的方式也不是唯一的，例如可采用一般的校准方法进行FIMI校准，具体方式可根据实际需要进行选择。此外，在将输出模拟开关单元320导通、校准模拟开关单元340关断，且负载接入模块200空载时，则可分析不同环境温度下的漏电补偿函数。需要说明的是，输出模拟开关单元320和校准模拟开关单元340中模拟开关的数量以及连接关系都不是唯一的，可根据实际需要进行设计，只要能满足相应的通断功能即可。

可以理解，校准得到的电流输出FI₁与电流测量MI₁，以及不同环境温度下的漏电补偿函数都可保存在输出测量模块100中，且在一段时间的实际电流测量中可继续使用。例如，在进行实际电流测量时，输出模拟开关单元320导通、校准模拟开关单元340关断，负载接入模块200接入负载，输出测量模块100选择符合实际环境温度的漏电补偿函数，并结合测量的负载电压V_DUT确定漏电流I_漏，再利用漏电流I_漏对电流输出FI₁与电流测量MI₁进行漏电补偿，得到更准确的电流输出值FI＝FI₁+I_漏，以及更准确的电流测量值MI＝MI₁-I_漏，来表示对负载的输出电流和测量电流。通过计算漏电流进行漏电补偿，解决了输出链路上多模拟开关漏电造成的电流误差过大的问题，保证uA级电流的高精度需求。

在一个实施例中，如图2所示，多模拟开关链路电流校准装置还包括采集单元500，采集单元500连接校准电阻R_DCC的第一端和校准电阻R_DCC的第二端。采集单元500的具体类型也不是唯一的，本实施例中，采集单元500为ADC(Analog-to-Digital Converter，Analog-to-Digital Converter)采集单元。在FIMI校准时，可通过ADC采集单元检测校准电阻R_DCC两端的电压。

进一步地，多模拟开关链路电流校准装置还包括用于对ADC采集单元进行校准的万用表。本实施例中，万用表为八位半数字万用表。通过八位半数字万用表对ADC采集单元进行内部高精度ADC校准，校准完成后的高精度ADC采集单元相当于一个万用表，后续无需再外接仪器，可进行自助校准，确保数据采集的准确性。此外，八位半数字万用表还用于校准电阻R_DCC的阻值测量，具体可将八位半数字万用表连接校准电阻R_DCC的第一端和第二端，完成一次阻值测量，以便后续进行FIMI校准使用。

在一个实施例中，多模拟开关链路电流校准装置还包括设置于模拟开关矩阵300的温度传感器。温度传感器的数量可以是一个或多个，例如，如图2所示，温度传感器包括温度传感器T1和温度传感器T2。可以是通过外部控制器连接温度传感器，分析不同温度下的漏电补偿函数并保存至输出测量模块100；也可以是输出测量模块100与温度传感器连接，分析不同温度下的漏电补偿函数进行保存。本实施例中，温度传感器的数量为两个以上，且各温度传感器均连接输出测量模块100，由输出测量模块100分析不同温度下的漏电补偿函数，图3所示为不同温度下漏电流I_漏与负载电压V_DUT的测量拟合结果。

在一个实施例中，校准模拟开关单元340包括两个以上的模拟开关，各模拟开关并联设置。以校准模拟开关单元340采用512路校准电阻选通链路为例，如图4所示，校准模拟开关单元340中各模拟开关均并联在校准链路上。

在另一个实施例中，校准模拟开关单元340包括两个以上的模拟开关，各模拟开关分组逐级并联。同样以校准模拟开关单元340采用512路校准电阻选通链路为例，如图5所示，对校准模拟开关单元340中各模拟开关进行分组，多模拟开关链路电流校准装置包括两组校准电路，即包含两套校准电阻和高精度ADC采集单元，每256路通道共用一组校准链路进行校准。每32路HF(高端输出)或HS(高端测量)经模拟开关后接入一路模拟开关，此时每256路会分为8组，8组HF/HS再分为2组接入模拟开关进行选通。此种情况下选通其中一路HF与HS时，当于有35个断开的模拟开关并联在校准链路上(32路选1时，并入31个断开的模拟开关；4路选1时，并入3个断开的模拟开关；2路选1时，并入1个断开的模拟开关)。假设一个模拟开关可以产生1nA的漏电，则此时漏电为I_漏＝35×1nA＝35nA,这对微安级别的输出测量电流来说，误差可接受。因此，本实施例中，将校准模拟开关单元340中的模拟开关分组逐级并联，可有效降低校准链路上的漏电流。

在一个实施例中，还提供了一种测试机，包括上述的多模拟开关链路电流校准装置。

为便于更好地理解上述多模拟开关链路电流校准装置和测试机，下面结合图2对多模拟开关链路电流校准装置的校准过程进行详细解释说明。

一般情况下的电流校准步骤为：

①使用八位半数字万用表完成内部高精度ADC校准，校准完成后的ADC采集单元相当于一个万用表，后续无需再外接仪器，可进行自助校准。

②使用八位半数字万用表进行校准电阻测量，此处只需要完成一次测量，以便后续进行FIMI校准使用。

③在FIMI下进行FI、MI校准，输出测量模块100在量程范围内选定多个点(如11个点)进行电流输出与电流测量。此时高精度ADC采集单元在校准电阻R_DCC两端测量到的电压为V_表测值，结合测量的校准电阻R_DCC的等效电阻可知，此时I_表测值＝V_表测值/R_DCC。输出值FI与测量值MI分别与I_表测值进行拟合，完成FI与MI的校准，校准后的电流输出与电流测量分别为FI₁与MI₁。

此种方案未考虑模拟开关带来的漏电流的影响，模拟开关断路下输入输出两端的压差越大，模拟开关漏电越大。此外，模拟开关在断路下的漏电还与环境温度有关，同一输入输出压差下，模拟开关温度越高漏电越大。为此，在本申请中考虑模拟开关漏电的这两个特性的影响进行漏电的测量与校准，最终的电流输出设定值应该为FI＝FI₁+I_漏；电流测量值MI＝MI₁-I_漏，此处的漏电流I_漏通过漏电校准测量获得。

如图2所示为单链路下的漏电测量链路，模拟开关K1、模拟开关K3、模拟开关K5为连接到校准电路400的模拟开关的简化示意结构，模拟开关K2、模拟开关K4为连接到负载接入模块200的模拟开关的简化示意结构。模拟开关Km等效为校准链路中所有的模拟开关，模拟开关Kn等效为输出链路中所有的模拟开关。当模拟开关矩阵300中模拟开关K1、模拟开关K3、模拟开关K5闭合，模拟开关K2、模拟开关K4断开时，通过上文中的校准步骤确定电流输出F₁与电流测量M₁。

考虑模拟开关输入输出压差对漏电的影响，采用以下漏电测量方式：输出测量单模块100于FVMI(输出电压，测量电流)状态，模拟开关链路打至对负载正常进行FVMI测试状态，断开模拟开关矩阵300中的模拟开关K1、模拟开关K3、模拟开关K5，闭合模拟开关矩阵300中的模拟开关K2、模拟开关K4，负载接入模块200为空载，此时负载电压V_DUT与输出电压FV一致。依据设置的输出电压FV和负载接入模块200空载状态下测量的电流值，可得出漏电流I_漏与负载电压V_DUT之间的关系：I_漏＝a*V_DUT+b。考虑温度的影响，在模拟开关矩阵300中放置温度传感器，在不同温度下进行漏电测量与校准，具体测量结果示例可见图3中漏电流I_漏与负载电压V_DUT的测量拟合结果图。

在实际电流输出与实际电流测量下，需要使用漏电测量获得的漏电流I_漏进行漏电补偿，具体步骤如下：

使用模拟开关矩阵300中的温度传感器，确认此时的模拟开关温度。依据测温结果，选择对应温度下的漏电补偿函数I_漏＝a*V_DUT+b进行漏电补偿。断开模拟开关矩阵300中的模拟开关K1、模拟开关K3、模拟开关K5，闭合模拟开关矩阵300中的模拟开关K2、模拟开关K4，负载接入模块200接入负载。

进行FI输出时，先输出电流F₁，测量此时的负载电压值，进而依据温度测量结果选定的漏电补偿函数I_漏＝a*V_DUT+b确定漏电流I_漏，再设置FI输出以电流F₁+I_漏进行精确输出。此时的漏电流I_漏，需要与温度、负载电压V_DUT对应。

进行MI测量时，先测量此时的负载电压值，依据温度测量结果选定的漏电补偿函数I_漏＝a*V_DUT+b确定漏电流I_漏。再使用输出测量模块100进行MI测量，确定此时的M₁，M₁-I_漏为确切的电流测量值，此时的漏电流I_漏，需要与温度、负载电压V_DUT对应。

通过以上方式进行漏电测量，电流输出与电流测量时依据漏电测量结果进行漏电补偿，以消除模拟开关Kn的漏电流影响，提高电流输出测量精度，保证uA级别电流输出测量精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多模拟开关链路电流校准装置，其特征在于，包括：

根据模拟开关矩阵的输出模拟开关单元导通、负载接入模块空载时分析保存的漏电补偿函数，对电流输出和电流测量进行漏电补偿的输出测量模块，包括高端输出端口、高端测量端口和低端测量端口；

所述负载接入模块，包括第一端子和第二端子，所述负载接入模块的第二端子连接所述输出测量模块的低端测量端口，且接地设置；

所述模拟开关矩阵，包括所述输出模拟开关单元，所述输出模拟开关单元连接所述输出测量模块的高端输出端口、所述输出测量模块的高端测量端口和所述负载接入模块的第一端子；所述输出模拟开关单元在导通时，将所述输出测量模块的高端输出端口、所述输出测量模块的高端测量端口均与所述负载接入模块的第一端子连通。

2.根据权利要求1所述的多模拟开关链路电流校准装置，其特征在于，还包括校准电路，所述校准电路包括若干个校准电阻；所述模拟开关矩阵还包括校准模拟开关单元，所述校准模拟开关单元连接所述输出测量模块的高端输出端口、所述输出测量模块的高端测量端口、所述输出测量模块的低端测量端口以及对应的校准电阻；

所述校准模拟开关单元在导通时，将所述输出测量模块的高端输出端口、所述输出测量模块的高端测量端口与对应校准电阻的第一端导通，以及将所述输出测量模块的低端测量端口与对应校准电阻的第二端导通，所述校准电阻的第二端接地设置。

3.根据权利要求2所述的多模拟开关链路电流校准装置，其特征在于，所述校准模拟开关单元包括两个以上的模拟开关，各所述模拟开关并联设置。

4.根据权利要求2所述的多模拟开关链路电流校准装置，其特征在于，所述校准模拟开关单元包括两个以上的模拟开关，各所述模拟开关分组逐级并联。

5.根据权利要求2所述的多模拟开关链路电流校准装置，其特征在于，还包括采集单元，所述采集单元连接所述校准电阻的第一端和所述校准电阻的第二端。

6.根据权利要求5所述的多模拟开关链路电流校准装置，其特征在于，所述采集单元为ADC采集单元。

7.根据权利要求6所述的多模拟开关链路电流校准装置，其特征在于，还包括用于对所述ADC采集单元进行校准的万用表。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的多模拟开关链路电流校准装置，其特征在于，还包括设置于所述模拟开关矩阵的温度传感器。

9.根据权利要求8所述的多模拟开关链路电流校准装置，其特征在于，所述温度传感器的数量为两个以上，且各所述温度传感器均连接所述输出测量模块。

10.一种测试机，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的多模拟开关链路电流校准装置。