专利名称：数字万用表的交流测量电路及交流测量方法
技术领域：
本发明涉及电子测量技术领域，尤其涉及数字万用表的交流测量电路及交流测量方法。
背景技术：
一般数字万用表能够测量交流电压信号的大小、交流电流信号的大小。为了较为精确地测量被测信号，数字万用表的交流电压测量功能和交流电流测量功能都分有多个测量量程。例如交流电压测量功能分为100mV、lV、10V、100V、750V共5个量程；交流电流测量功能分为1A、3A两个量程。每个量程都有相同的读数位数，因此输入信号幅度在所选量程10% 100%范围时能获得最多的有效读数有效位，精度也更高。
图1所示是一种现有技术的数字万用表的交流测量电路。它是美国安捷伦公司生产的Agilent 34401A型数字万用表的交流测量电路框图。这个该电路要实现交流电压测量功能的100mV、lV、10V、100V、750V共5个量程和交流电流测量功能的1A、3A两个量程。真有效值转换器，例如可以是=Analog Device公司的AD637，其最佳输入有效值为2V，这个输入幅度范围内真有效值转换器的测量带宽最大、测量精度最高、输入信号波峰因数最大。为了在让各种量程输入范围内保持真有效值转换器的性能最佳，要对各种量程输入范围的信号做放大处理。下面以图1为例说明该电路实现交流电压测量功能和交流电流测量功能的所有量程的方法。如图1所示现有技术的数字万用表的交流测量电路包括依次串联的功能选择开关S6、程控增益级电路、固定增益级电路1、固定增益级电路2、固定增益级电路3、真有效值转换器和AD (模数)转换器；功能选择开关S6串联在交流电压输入端子V交流电流输入端子I与程控增益级电路之间。程控增益级电路与固定增益级电路1之间串联有开关Si，程控增益级电路与固定增益级电路2之间串联有开关S2，固定增益级电路1与固定增益级电路2之间串联有开关S3，固定增益级电路2与固定增益级电路3之间串联有开关S5，程控增益级电路和固定增益级电路3之间串联有开关S4。程控增益级电路的增益为0. 2倍或 0. 002倍；固定增益级电路1的增益为10倍；固定增益级电路2的增益为10倍；固定增益级电路3的增益为1倍。真有效值转换器为Analog Device公司的AD637。处理器系统从输入装置接收控制指令，根据接收到的控制指令控制开关Sl S6 切换测量功能和测量量程。输入交流信号经过多个增益级电路(程控增益级电路和固定增益级电路)放大后耦合至真有效值转换器，真有效值转换器输出与耦合进来的交流信号有效值相等的直流信号，AD转换器将该直流信号转换为数字量后耦合至处理器系统。处理器系统对AD转换器转换后的数字量进行滤波、校准等处理，将所得测量结果送至输出装置。交流电压测量功能时，处理器系统控制开关S6连接其端子2和端子3，交流电压输入端子V的交流信号耦合至程控增益级电路的输入端。交流电压测量功能的各个量程的其它电路设置如表1所示。表1不同交流电压量程的电路设置
权利要求
1.一种数字万用表的交流测量电路，其特征在于 该电路包括依次串联的程控增益级电路、第一固定增益级电路、第二固定增益级电路、第三固定增益级电路、模数AD转换器和处理器系统；交流电压输入端子，直接耦合至程控增益级电路的输入端； 第一开关，串联于程控增益级电路与第一固定增益级电路之间； 交流电流输入端子，通过第二开关耦合至第一固定增益级电路的输入端； 第三开关，串联于第一固定增益级电路与第三固定增益级电路之间； 第四开关，串联于第一固定增益级电路与第二固定增益级电路之间； 第五开关，串联于第二固定增益级电路与第三固定增益级电路之间； 第六开关，串联于程控增益级电路与第三固定增益级电路之间； 处理器系统分别连接输入装置、输出装置、程控增益级电路、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，程控增益级电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、运算放大器和与处理器系统连接的第七开关； 第一电阻的两端分别连接交流电压输入端子和运算放大器的反相输入端； 第二电阻的两端分别连接运算放大器的反相输入端和输出端； 第三电阻的两端分别连接第七开关的第一端和运算放大器的输出端；第七开关的第二端连接运算放大器的反相输入端；或者，第三电阻的两端分别连接第七开关的第一端和运算放大器的反相输入端；第七开关的第二端连接运算放大器的输出端； 运算放大器的正相输入端接地；处理器系统通过控制第七开关断开或闭合，调整程控增益级电路的增益。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，程控增益级电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、运算放大器和与处理器系统连接的第七开关； 第一电阻的两端分别连接交流电压输入端子和第二电阻； 第二电阻的两端分别连接第一电阻和第三电阻； 第三电阻的两端分别连接第二电阻和地； 运算放大器的反相输入端连接运算放大器的输出端；第七开关一端连接运算放大器的正相输入端，另一端选择连接第二电阻的两端中其中一端；处理器系统通过控制第七开关断开或闭合，调整程控增益级电路的增益。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，第一固定增益级电路包括 第一电阻、第二电阻和运算放大器；运算放大器的正相输入端连接第一开关和第二开关；第一电阻的两端分别连接运算放大器的反相输入端和地；第二电阻的两端分别连接运算放大器的反相输入端和运算放大器的输出端；或者，运算放大器的正相输入端接地；第一电阻的两端分别连接运算放大器的反相输入端和运算放大器的输出端；第二电阻一端连接第一开关和第二开关，另一端连接运算放大器的反相输入端。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，第二固定增益级电路包括第一电阻、第二电阻和运算放大器；运算放大器的正相输入端连接第四开关；第一电阻的两端分别连接运算放大器的反相输入端和地；第二电阻的两端分别连接运算放大器的反相输入端和运算放大器的输出端；或者，运算放大器的正相输入端接地；第一电阻的两端分别连接运算放大器的反相输入端和运算放大器的输出端；第二电阻的两端分别连接第四开关和运算放大器的反相输入端。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该电路还包括高通滤波器，串联于第二固定增益级电路与第三固定增益级电路之间； 第三开关串联于第一固定增益级电路和高通滤波器之间； 第五开关串联于第二固定增益级电路和高通滤波器之间； 第六开关串联于程控增益级电路和高通滤波器之间。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，第三固定增益级电路包括运算放大器；运算放大器的正相输入端连接高通滤波器的输出端，运算放大器的反相输入端连接运算放大器的输出端； 或者，第三固定增益级电路包括第一电阻、第二电阻和运算放大器；运算放大器的正相输入端连接高通滤波器的输出端；第一电阻的两端分别连接运算放大器的反相输入端和地；第二电阻的两端分别连接运算放大器的反相输入端和运算放大器的输出端。
8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该电路还包括 真有效值转换器，串联于第三固定增益级电路与AD转换器之间。
9.如权利要求1至8任一项所述的电路，其特征在于，程控增益级电路的增益为0.2倍或0. 002倍；第一固定增益级电路的增益为5倍；第二固定增益级电路的增益为10倍；第三固定增益级电路的增益为1倍。
10.一种数字万用表的交流测量方法，其特征在于，所述数据万用表采用权利要求9所述的交流测量电路；所述数字万用表的交流测量方法包括输入装置向处理器系统发送控制指令；处理器系统接收输入装置发送的控制指令，控制第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关断开或闭合；放大后的交流信号经第三固定增益级电路输出、并经AD转换器转换为数字量后，输出至处理器系统；处理器系统对数字量进行处理，输出测量结果至输出装置。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在测量交流电压时量程为200mV时，处理器系统控制第一开关闭合、第二开关断开、第三开关断开、第四开关闭合、第五开关闭合、第六开关断开、程控增益级电路的增益为0. 2倍；量程为2V时，处理器系统控制第一开关闭合、第二开关断开、第三开关闭合、第四开关断开、第五开关断开、第六开关断开、程控增益级电路的增益为0. 2倍；量程为20V时，处理器系统控制第一开关闭合、第二开关断开、第三开关断开、第四开关闭合、第五开关闭合、第六开关断开、程控增益级电路的增益为0. 002倍；量程为200V时，处理器系统控制第一开关闭合、第二开关断开、第三开关闭合、第四开关断开、第五开关断开、第六开关断开、程控增益级电路的增益为0. 002倍；量程为750V时，处理器系统控制第一开关断开、第二开关断开、第三开关断开、第四开关断开、第五开关断开、第六开关闭合、程控增益级电路的增益为0. 002倍。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在测量交流电流时，处理器系统控制第一开关断开、第二开关闭合、第六开关断开；量程为200uA、20mA或2A时，处理器系统控制第三开关断开、第四开关闭合、第五开关闭合；量程为2mA、200mA或IOA时，处理器系统控制第三开关闭合、第四开关断开、第五开关断开。
全文摘要
本发明公开了一种数字万用表的交流测量电路及交流测量方法。该交流测量电路包括依次串联的程控增益级电路、第一固定增益级电路、第二固定增益级电路、第三固定增益级电路；交流电压输入端子，直接耦合至程控增益级电路的输入端；第一开关，串联于程控增益级电路与第一固定增益级电路之间；交流电流输入端子，通过第二开关耦合至第一固定增益级电路的输入端；第三开关，串联于第一固定增益级电路与第三固定增益级电路之间；第四开关，串联于第一固定增益级电路与第二固定增益级电路之间；第五开关，串联于第二固定增益级电路与第三固定增益级电路之间；第六开关，串联于程控增益级电路与第三固定增益级电路之间。本发明可测量交流小/弱电流。
文档编号G01R15/12GK102466750SQ20101053114
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者李维森, 王悦, 王铁军 申请人:北京普源精电科技有限公司