(最大0. 5mV)，很低的温度漂 移(最大15mV/°C )，很高的输入阻抗（I X IO13 Ω )等特性，这些性能参数使微电流测量受温 度影响较小，提高了测量精度。
[0021] 所述的多路开关器件HI-509是串联在电流-电压转换电路Ca的反馈网络中的， 由于其导通阻抗及导通漏电流的存在必然对电流-电压转换造成测量误差，同样，运放器 件AD549S自身漏电流和偏置电压也会带来测量误差。综合分析，该电流-电压转换电路Ca 的输出结果与精确值V s存在一个误差电压I。此时，电流-电压转换电路Ca的转换关系 式可表述如下：
[0022] V01 = Vs+Vr 公式（5-1)
[0023] 因此在测量电路中，必须消除电流-电压转换电路Ca中产生的误差电压L从而 得到电流-电压转换的精确值V s。在本测量电路中采用差分电路消除误差电压Vp
[0024] 如图2所示，所述的差分电路Cb包括运放器件AD549S、多路开关器件HI-509和 差分运算放大器INAl 17SM，其输出电压为Vtj2。差分电路Cb中的多路开关器件HI-509具有 与电流-电压转换电路Ca相同阻值的三个反馈电阻，即R bn=Ran，其中η = 1、2、3。所述的 运放器件AD549S和多路开关器件HI-509将电流信号产生的漏电流转换成误差电压；其中， 电阻R bn的选择与电流-电压转换电路Ca同步，即：如果电流信号选通电流-电压转换电路 Ca中的反馈电阻Ral，该电流信号产生的漏电流选通差分电路Cb中的反馈电阻R bl，以此类 推。
[0025] 因此，在确保元运放器件AD549S和多路开关器件HI-509为同一批次器件的条件 下，其误差系数相同，此时差分电路Cb的输出电压V t52等效于电流-电压转换电路Ca的误 差电压I，即
[0026] V02 = Vr 公式（5-2)
[0027] 差分电路Cb的关键器件就是差分运算放大器INA117SM，该器件具有很高的共模 输入电压(最大±200V)和共模抑制比（80dB)，且具有很高的输入电压保护范围（共模电压 ±500V、差模电压±500V)。该器件增益为1，具有很低的增益误差(最大0. 05%)和极低的 非线性误差(最大0. 001%)。这些特性指标是满足微电流高精度线性测量要求的必要条件。
[0028] 如图2所示，经电流-电压转换电路Ca的输出电压Vtjl连接到差分运算放大器 INAl 17SM的负输入端，差分电路Cb的输出电压Vtj2连接到差分运算放大器INAl 17SM的正输 入端。所述的差分运算放大器INAl 17SM将从接收到的电压信号Vtj2中删除误差电压Vtjl得 到线性输出电压V。，得到差分运算放大器INAl 17SM的输出电压关系式为，
[0029] V0 = V02-V01 公式（5-3)
[0030] 将公式（5-1)、（5-2)、（5-3)代入公式（5-4)，得到
[0031] V0 = Vr-(VVr) = IAn 公式（5-5)
[0032] 式中，n=l、2、3。
[0033] 根据上述计算公式获得的线性输出电压V。，将其输出至多级增益的自动调整电 路。在本实施例中，所述的多级增益的自动调整电路包括16位ADC数模转换器件和FPGA 逻辑控制器件。首先，FPGA逻辑控制器件通过控制16位ADC数模转换器件采集线性输出 电压V。，并将其转换成数字量信号；在完成每次数据采集后，FPGA逻辑控制器件实时对采样 至I撤数据进行预设的阈值比对，当采样数据超过设定的阈值时，根据阈值比对的结果，选择 相应的量程信号A0、A1、A2或A3的输出值，即控制多路开关器件HI-509选择相应增益电阻 R al、Ra2或Ra3。所述的量程信号的输出值与增益电阻选择关系如表1所示：
[0034] 表1量程信号与增益电阻选择关系表
[0035]
【主权项】
1. 一种用于微小电流的线性测量电路，其特征在于，所述的线性测量电路包括：电 流-电压转换电路、差分电路和多级增益的自动调整电路；所述的电流-电压转换电路用于 将电流信号按不同的电流范围分多路输入并转换成电压信号，将该电压信号输出至差分电 路；所述的差分电路用于将电流信号产生的漏电流转换成误差电压，并从接收到的电压信 号中删除该误差电压得到线性输出电压，将该线性输出电压输出至多级增益的自动调整电 路；所述的多级增益的自动调整电路用于将输入的线性输出电压转换成数字量信号，并将 数字量信号与预设的阈值比对后确定量程信号的输出值，将该输出值反馈至电流-电压转 换电路选择与其对应的增益电阻。
2. 根据权利要求1所述的用于微小电流的线性测量电路，其特征在于，所述的电流-电 压转换电路包括运放器件AD549S和多路开关器件HI-509,该多路开关器件HI-509包括三 个并联电路，三个阻值分别为10KQ、1MQ和100MQ的电阻对应连接在所述的三个并联电 路上，该电流-电压转换电路将输入的电流信号按不同的电流范围分三个并联电路输入， 并通过运放器件AD549S及多路开关器件HI-509转换成电压信号。
3. 根据权利要求1所述的用于微小电流的线性测量电路，其特征在于，所述的差分电 路包括运放器件AD549S、多路开关器件HI-509和差分运算放大器INA117SM，所述的运放器 件AD549S和多路开关器件HI-509用于将电流信号产生的漏电流转换成误差电压，所述的 差分运算放大器INA117SM将从接收到的电压信号中删除该误差电压得到线性输出电压。
4. 根据权利要求2所述的用于微小电流的线性测量电路，其特征在于，所述的多级增 益的自动调整电路包括16位ADC数模转换器件和FPGA逻辑控制器件，所述的16位ADC数 模转换器件用于将输入的线性输出电压转换成数字量信号，所述的FPGA逻辑控制器件将 数字量信号与预设的阈值比对后确定量程信号的输出值，将该输出值反馈至电流-电压转 换电路中的多路开关器件HI-509选择对应的增益电阻。
【专利摘要】本发明提供一种用于微小电流的线性测量电路，所述的线性测量电路包括：电流-电压转换电路、差分电路和多级增益的自动调整电路；所述的差分电路用于将电流信号产生的漏电流转换成误差电压，并从接收到的电压信号中删除该误差电压得到线性输出电压，将该线性输出电压输出至多级增益的自动调整电路；所述的多级增益的自动调整电路用于将输入的线性输出电压转换成数字量信号，并将数字量信号与预设的阈值比对后确定量程信号的输出值，将该输出值反馈至电流-电压转换电路选择与其对应的增益电阻。利用该线性测量电路，能够实现微小电流全动态范围的线性测量，同时能够满足微小电流在测量范围两端时的高精度测量。
【IPC分类】G01R19-25
【公开号】CN104678161
【申请号】CN201310634285
【发明人】刘超, 关燚炳, 张爱兵, 朱光武, 孙越强, 梁金宝, 孔令高, 郑香脂, 丁建京, 田峥
【申请人】中国科学院空间科学与应用研究中心
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月29日