一种飞安级直流微电流信号测量系统

摘要

本发明公开了一种飞安级直流微电流信号测量系统，属于电流信号测试领域，该系统包括：输入接口单元、电流‑电压转换单元、输出接口单元和屏蔽盒单元；输入接口单元、电流‑电压转换单元和输出接口单元依次连接；电流‑电压转换单元位于屏蔽盒单元内，输入接口单元和输出接口单元分别与屏蔽盒单元连接；利用电流‑电压转换单元的精密运算放大器结合高精密反馈电阻及反馈电容，使转换电路的输入阻抗很大，将飞安级直流微电流信号转换为方便测量的微弱的直流电压信号，满足飞安级直流微电流的信号调理，实现对飞安级直流微电流的准确测量。

说明书

技术领域

本发明涉及电流信号测试技术领域，特别是涉及一种飞安级直流微电流信号测量系统。

背景技术

精密测量是现代信息技术的基础，随着科学技术的进步，微弱电流信号的精确测量需求十分广泛，例如航空航天测控、半导体集成电路的测试、新型材料的研究、生命科学发展所需的分析测试、光和空间离子束测量等领域。

现有技术中获得微小电流信号的方法多为通过转换电路将电流信号转化电压信号处理，并通过差分放大电路实现误差暗电流和信号电流的分离，利用差分特性求差，抵消误差，而该方法存在测量时线性度不好，不能精确测出微小电流的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞安级直流微电流信号测量系统，使测量更加方便和准确。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种飞安级直流微电流信号测量系统，所述测量系统包括：

输入接口单元，用于接收待测飞安级直流微电流信号；

电流-电压转换单元，与所述输入接口单元连接，用于将所述待测飞安级直流微电流信号转换为微弱电压信号；

输出接口单元，与所述电流-电压转换单元连接，用于输出所述微弱电压信号；

屏蔽盒单元；所述电流-电压转换单元位于所述屏蔽盒单元内部，所述输入接口单元和所述输出接口单元分别与所述屏蔽盒单元连接。

可选的，所述电流-电压转换单元包括：运算放大器、第一电容和电阻；

所述运算放大器的反相输入端连接所述待测飞安级直流微电流信号，所述运算放大器的同相输入端接地；

所述运算放大器的输出端经所述第一电容和所述电阻连接所述运算放大器的反相输入端；所述第一电容和所述电阻并联；

所述运算放大器的输出端与所述输出接口单元连接。

可选的，所述运算放大器包括：正电源电路和负电源电路；

所述正电源电路包括：第一电感、第二电容和第三电容；所述第一电感的一端连接电源正极，所述第一电感的另一端连接所述运算放大器的正电源；所述第一电感的另一端还分别与所述第二电容和所述第三电容连接，所述第二电容和所述第三电容并联接地；

所述负电源电路包括：第二电感、第五电容和第六电容；所述第二电感的一端连接电源负极，所述第二电感的另一端连接所述运算放大器的负电源；所述第二电感的另一端还分别与所述第五电容和所述第六电容连接，所述第五电容和所述第六电容并联接地。

可选的，所述运算放大器的型号为ADA4530-1。

可选的，所述电阻为100G高值电阻。

可选的，所述第一电容的电容量为5pF。

可选的，所述输入接口单元为三同轴输入接头，所述输出接口单元为三同轴输出接头。

可选的，所述测量系统还包括：供电单元；

所述供电单元与所述电流-电压转换单元连接，用于为所述电流-电压转换单元供电。

可选的，所述供电单元提供的电压为：额定输出3.3V的18650锂电池经过电源芯片ADP5070升压转换，然后分别经过电源芯片ADP7118和ADP7182转换为高精准±5V的电压。

可选的，所述屏蔽盒单元采用全铝封闭结构。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的飞安级直流微电流信号测量系统，包括的电流-电压转换单元采用精密运算放大器结合高精密反馈电阻及反馈电容，使转换电路的输入阻抗很大，将飞安级直流微电流信号转换为方便测量的微弱的直流电压信号，满足飞安级直流微电流的信号调理，实现对飞安级直流微电流准确测量。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1为飞安级直流微电流信号测量系统示意图；

图2为电流-电压转换单元示意图；

图3为三同轴接头示意图；

图4屏蔽盒单元结构侧视图；

图5为供电单元原理图；

附图标号：

1-输入接口单元、2-电流-电压转换单元、3-供电单元、4-输出接口单元、5-屏蔽盒单元；

101-芯线、102-内屏蔽、103-外屏蔽。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本发明的目的是提供一种方便测量且测量准确的飞安级直流微电流信号测量系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，为本发明提供的飞安级直流微电流信号测量系统示意图，包括：输入接口单元1、电流-电压转换单元2、供电单元3、输出接口单元4和屏蔽盒单元5。

输入接口单元1用于接收待测飞安级直流微电流信号。

电流-电压转换单元2与输入接口单元1连接，用于将待测飞安级直流微电流信号转换为微弱电压信号。

输出接口单元4与电流-电压转换单元2连接，用于输出微弱电压信号。

电流-电压转换单元2位于屏蔽盒单元5内部，输入接口单元1和输出接口单元4分别与屏蔽盒单元5连接。

图2为电流-电压转换单元具体示意图，电流-电压转换单元2包括：运算放大器A、第一电容C1、电阻R1和第四电容C4，运算放大器A的型号为ADA4530-1。

运算放大器A的反相输入端连接输入接口单元1，接收待测飞安级直流微电流信号，运算放大器A的同相输入端经第四电容C4后接地。

运算放大器A的输出端经第一电容C1和电阻R1连接运算放大器A的反相输入端；第一电容C1和电阻R1并联。电阻R1为100G高值反馈电阻；第一电容C1电容量为5pF的反馈电容；反馈电容用于相位补偿，防止震荡。

运算放大器A的输出端与输出接口单元4连接，输出微弱的直流电压信号。

运算放大器具体包括：正电源电路和负电源电路。

正电源电路包括：第一电感L1、第二电容C2和第三电容C3；第一电感L1的一端连接电源正极，第一电感L1的另一端连接运算放大器A的正电源；第一电感L1的另一端还分别与第二电容C2和第三电容C3连接，第二电容C2和第三电容C3并联接地。

负电源电路包括：第二电感L2、第五电容C5和第六电容C6；第二电感L2的一端连接电源负极，第二电感L2的另一端连接运算放大器A的负电源；第二电感L2的另一端还分别与第五电容C5和第六电容C6连接，第五电容C5和第六电容C6并联接地。

输入接口单元为三同轴输入接头，输出接口单元为三同轴输出接头；图3为三同轴接头示意图。三同轴接头由外到内依次包括：芯线101、内屏蔽102和外屏蔽103。

飞安级直流微电流信号通过三同轴输入接头引入电流-电压转换单元中精密运算放大器的反向输入端，精密运算放大器的输出端经过高值电阻和一个微小电容反馈到精密运算放大器的反向输入端，精密运算放大器的同向输入端接地，精密运算放大器的输出端连到输出三同轴输出接头，最后将飞安级直流微电流信号输出为微弱的直流电压信号。

根据反馈运算放大器工作在线性区两个输入端近似虚短和虚断的原理，将微电流测试转换为反馈电阻上电压至输出端口，其输出电压与输入电流的关系为V＝I×R，其中R为100G。电流-电压转换单元由于是对微弱电流信号进行处理，因此要特别注意泄漏电流的防护，对其部分的PCB布局有一定的要求，需要在运算放大器的反向输入端及反馈电阻和反馈电容的低端用GUARD进行圈铜，作为保护环。

本发明的飞安级直流微电流信号测量系统还包括：供电单元3，用于为电流-电压转换单元2供电。图5为供电单元原理图，该供电单元的供电原理为：额定输出3.3V的18650锂电池经过电源芯片ADP5070升压转换为±6V电压，然后分别经过电源芯片ADP7118和ADP7182转换为高精准±5V的电压。从图2的电流-电压转换单元示意图可以看出，电流-电压转换单元的电压为±5V。

本发明的屏蔽盒单元5采用全铝封闭结构。图4是以输入接口单元1与屏蔽盒单元5为例体现二者的关系，从图4可以可知，输入接口单元1与屏蔽盒单元5连接，电流-电压的转换过程完全在屏蔽盒单元中进行，使整个模块具有很高的抗电磁干扰能力。

本发明相对于现有技术的优点包括：

采用精密运算放大器结合高精密反馈电阻及反馈电容，使转换电路的输入阻抗很大，将飞安级直流微电流信号转换为方便测量的微弱的直流电压信号，满足飞安级直流微电流的信号调理，实现对飞安级直流微电流准确测量；屏蔽盒单元采用全铝封闭设计结构，使整个模块具有很高的抗电磁干扰能力。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开实施例的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。当用于本申请中时，虽然术语“第一”、“第二”等可能会在本申请中使用以描述各元件，但这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区别开。比如，在不改变描述的含义的情况下，第一元件可以叫做第二元件，并且同样第，第二元件可以叫做第一元件，只要所有出现的“第一元件”一致重命名并且所有出现的“第二元件”一致重命名即可。第一元件和第二元件都是元件，但可以不是相同的元件。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本文所披露的实施例中，所揭露产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。