一种高精度高稳定度恒流源电路的制作方法

1.本发明涉及电源领域，具体涉及一种高精度高稳定度恒流源电路。


背景技术：

2.在惯性导航系统高精度i/f转换电路（电流频率转换）的测试中提供高精度、高稳定度的电流信号。 i/f转换电路作为惯性导航系统中的重要部件，其性能指标直接决定了导航系统的精确度，所以惯性导航系统在研制过程中必须对i/f转换电路的性能参数进行严格的测试。i/f转换电路的测试已经成为惯导产品生产过程中非常重要的组成部分。
3.前惯性导航系统各大研究院所对高精度i/f转换电路的测试都是采用国外的校准源来提供高精度、高稳定度的电流信号进行的，比如fluke 5700，该校准源不仅价格昂贵，而且体积和重量大，搬用不方便，也不利于系统的集成，同时对于这种高精密仪器，还存在被禁用的风险。
4.本发明提供一种高精度高稳定度恒流源电路，用于解决目前测试恒流源电路精度低、不稳定的问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的精度低、不稳定的技术问题。提供一种新的高精度高稳定度恒流源电路，该高精度高稳定度恒流源电路具有精度高、稳定性高的特点。
6.为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：一种高精度高稳定度恒流源电路，包括电源模块，与电源模块连接的温控电路、恒温装置以及处理器；恒温装置内置有与电源模块连接的电压基准源电路模块、运算放大电路模块，电压基准源电路模块与运算放大电路模块连接，运算放大电路模块连接功率管，恒温装置还内置有高精度采样电阻单元；处理器连接开关切换模块，开关切换模块通过高精度采样电阻单元连接到功率管；功率管的输出作为恒流源电路输出端；高精度采样电阻单元包含至少2路采样电阻支路；开关切换模块控制高精度采样电阻的支路选通调节电流大小；温控电路控制恒温装置的温度。
7.本发明通过多路固定电流值并行选通切换的方案，实现恒流源输出电流的控制，其稳定性优于1ppm。同时采用温控方案为电路中的温度敏感器件提供一个恒定的环境温度，减小环境温度变化对电流信号的影响。
8.上述方案中，为优化，进一步地，温控电路包括温度采样单元，与温度采样单元连接的温度控制单元，温度控制单元连接恒温装置以调整恒温装置的温度。
9.进一步地，温度采样单元采用高精度温敏电阻。
10.进一步地，恒温装置的温度实行分区控制。分区控制能够更为精确的控制温敏期
间的稳定性。
11.为了保证稳定性，在高精度采样电阻支路采用主备用支路单元的方式保证稳定性。同时，采用状态监控检测并使用切换方式恢复高精度采样电阻支路故障，实现自动检测、自动恢复、自动切换。
12.具体地，高精度采样电阻支路包含至少2个相同的支路单元，其中一个支路单元定义为主支路，其余支路单元定义为备用支路；所述支路单元受控于故障恢复开关；故障恢复开关受控于故障恢复开关控制信号寄存器；故障恢复开关控制信号寄存器连接有故障支路计数器，故障支路计数器连接正常支路计数器；功能校验器，功能校验器连接高精度采样电阻支路状态寄存器，高精度采样电阻支路状态寄存器连接有支路数计数器和故障恢复开关控制信号寄存器；故障恢复开关控制信号寄存器控制故障恢复开关完成主支路切换，故障主支路切换完成定义为修复完成；还包括激励信号产生器；故障支路计数器、正常支路计数器以及支路数计数器共同连接或门后，或门输出修复完成信号；故障支路计数器输出高精度采样电阻支路故障个数和故障进位，正常支路计数器输出正常高精度采样电阻支路个数、正常进位，支路数计数器输出高精度采样电阻支路个数；高精度采样电阻支路状态诊断结果存储在高精度采样电阻支路状态寄存器中；支路数计数器从第一个高精度采样电阻支路开始对所有高精度采样电阻支路遍历计数；功能校验器通过接收高精度采样电阻支路的校验信息、高精度采样电阻支路反馈的响应信号分析计算出高精度采样电阻支路的高精度采样电阻支路状态诊断结果并输出到高精度采样电阻支路状态寄存器。
13.进一步地，高精度采样电阻支路包含3个相同的支路单元。
14.进一步地，计数器为具有计数、保持、置位、进位输出功能的同步计数器。
15.进一步地，功能校验器的输入端连接高精度采样电阻支路故障检测信号；功能校验器包括比较器、与门、或门、第一d触发器及第二d触发器；第一d触发器一端连接与门，另一端连接比较器，与门另一端输入连接reset端和第二d触发器所连与门的输入端，与门输出一端连接或门，另一端连接逻辑0；第一d触发器一端连接与门，另一端连接比较器，与门另一端输入连接reset端和第一d触发器所连与门的输入端，与门输出一端连接或门，另一端连接逻辑1；比较器的输入为校验信息；当检测结果与校验信息相同则输出逻辑1，否则输出逻辑0。
16.本发明中：电源模块负责为各电路模块提供不同的工作电源，电压基准源电路产生高精度、高稳定度的基准电压信号送给运算放大电路进行跟随处理，然后控制功率管输出相应的电流，处理器负责实现与外部设备的通信，同时控制开关切换模块完成对高精度采样电阻的选通切换来实现电流大小的调节。温控电路负责实现恒温装置的温度控制，恒温装置负责为电路中的温度敏感器件提供一个恒定的环境温度，减小环境温度变化对电流
信号的影响。
17.本发明的有益效果：本发明具有输出电流程控可调，精度高、稳定度高的优点，其2小时稳定度优于1ppm；并且输出最小电流及可调步长能够通过更换高精度采样电阻进行灵活修改。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
19.图1，实施例1中的恒流源电路示意图。
20.图2，温控电路示意图。
21.图3，高精度采样电阻支路故障恢复控制单元示意图。
22.图4，计数器示意图。
23.图5，功能校验器示意图。
24.图6，高精度采样电阻支路状态寄存器示意图。
25.图7，故障恢复开关控制信号寄存器示意图。
26.图8，另一种温控电路示意图。
27.图9，具体的各模块电路示意图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.实施例1本实施例提供一种高精度高稳定度恒流源电路，如图1，包括电源模块，与电源模块连接的温控电路、恒温装置以及处理器；恒温装置内置有与电源模块连接的电压基准源电路模块、运算放大电路模块，电压基准源电路模块与运算放大电路模块连接，运算放大电路模块连接功率管，恒温装置还内置有高精度采样电阻单元；处理器连接开关切换模块，开关切换模块通过高精度采样电阻单元连接到功率管；功率管的输出作为恒流源电路输出端；高精度采样电阻单元包含至少2路采样电阻支路；开关切换模块控制高精度采样电阻的支路选通调节电流大小；温控电路控制恒温装置的温度。
30.本实施例通过多路固定电流值并行选通切换的方案，实现恒流源输出电流的控制，其稳定性优于1ppm。同时采用温控方案为电路中的温度敏感器件提供一个恒定的环境温度，减小环境温度变化对电流信号的影响。
31.如图9为具体的各模块电路示意图。具体地，如图2，温控电路包括温度采样单元，与温度采样单元连接的温度控制单元，温度控制单元连接恒温装置以调整恒温装置的温度。温控电路还可采用如图8 的方案。
32.具体地，温度采样单元采用高精度温敏电阻。
33.其中温度控制单元以及恒温装置均可采用现有的电路和装置，本实施例不再赘述。
34.优选地，恒温装置的温度实行分区控制。分区控制能够更为精确的控制温敏期间
的稳定性。温度分区控制的方案也可采用现有技术，本实施例不再赘述。
35.为了保证稳定性，在高精度采样电阻支路采用主备用支路单元的方式保证稳定性。同时，采用状态监控检测并使用切换方式恢复高精度采样电阻支路故障，实现自动检测、自动恢复、自动切换。
36.优选地，高精度采样电阻支路包含2个相同的支路单元，其中一个支路单元定义为主支路，其余支路单元定义为备用支路；相同的支路单元数量在平衡故障率和体积大小下权衡，可为2、3、4等数量均可。
37.如图3，所述支路单元受控于故障恢复开关；故障恢复开关受控于故障恢复开关控制信号寄存器；故障恢复开关控制信号寄存器连接有故障支路计数器，故障支路计数器连接正常支路计数器；功能校验器连接高精度采样电阻支路状态寄存器，高精度采样电阻支路状态寄存器连接有支路数计数器和故障恢复开关控制信号寄存器；故障恢复开关控制信号寄存器控制故障恢复开关完成主支路切换，故障主支路切换完成定义为修复完成；还包括激励信号产生器；故障支路计数器、正常支路计数器以及支路数计数器共同连接或门后，或门输出修复完成信号；故障支路计数器输出高精度采样电阻支路故障个数和故障进位，正常支路计数器输出正常高精度采样电阻支路个数、正常进位，支路数计数器输出高精度采样电阻支路个数；高精度采样电阻支路状态诊断结果存储在高精度采样电阻支路状态寄存器中；支路数计数器从第一个高精度采样电阻支路开始对所有高精度采样电阻支路遍历计数；功能校验器通过接收高精度采样电阻支路的校验信息、高精度采样电阻支路反馈的响应信号分析计算出高精度采样电阻支路的高精度采样电阻支路状态诊断结果并输出到高精度采样电阻支路状态寄存器。
38.上述单元存在3个工作状态，一个工作状态是高精度采样电阻支路正常的正常态，即复位状态。一个是高精度采样电阻支路出现故障时的故障检测状态。一个是故障检测后启动备用通路的修复状态。根据响应信号，高精度采样电阻支路的控制单元进入进入故障检测状态，激励信号产生器就产生激励信号加载到故障恢复开关处。
39.复位完成后，控制单元进入故障检测状态，对簇内所有高精度采样电阻支路进行并行检测。计数器产生4位的激励信号送往所有的高精度采样电阻支路，功能校验器接收来自所有高精度采样电阻支路的响应信号和高精度采样电阻支路当前主通路产生的校验信息，进行分析和判断并将判断结果送往高精度采样电阻支路状态寄存器。高精度采样电阻支路状态寄存器更新后，故障检测状态结束，支路数量计数器激活，控制单元进入故障恢复状态。
40.高精度采样电阻支路状态寄存器输出各高精度采样电阻支路的状态信息，支路数量计数器控制多路选择器遍历所有的高精度采样电阻支路，依次输出各个高精度采样电阻支路的状态。
41.故障恢复开关控制信号寄存器根据输出的高精度采样电阻支路状态输出故障恢复开关选通信号，控制所有故障恢复开关的选通。
42.故障支路计数器和正常支路计数器根据输出的高精度采样电阻支路状态状态值进行计数，当高精度采样电阻支路状态发生故障时进行故障计数，否则进行正常计数。当正
常支路计数器计数时激活故障恢复开关控制信号寄存器存储当前故障支路计数器中的故障个数信号，否则更新正常支路计数器。此时，故障个数信号即为故障恢复开关的控制信号。故障支路计数器的最大计数值为预先定义的需要修复的故障数量最小值。如果计数值超过，则输出故障修复需求信号，开始修复，在修复完成后输出修复完成信号。另外，在控制单元正常工作情况下，支路数量计数器的计数值等于故障支路计数器和正常支路计数器的计数值之和，否则计数器出现故障，可以利用这一特点对控制单元进行简单的故障自检。
43.具体地，高精度采样电阻支路包含3个相同的支路单元。
44.如图4，采用4位计数器，4位计数器为具有计数、保持、置位、进位输出功能的同步计数器。位计数器中有5个d触发器，4个用来完成计数功能，1个用来保存进位结果。故障支路计数器连接正常支路计数器均可采用如上4位计数器。
45.如图5，功能校验器的输入端连接校验信号和响应信号，完成高精度采样电阻支路的故障检测判别。功能校验器包括比较器、与门、或门、第一d触发器及第二d触发器；第一d触发器一端连接与门，另一端连接比较器，与门另一端输入连接reset端和第二d触发器所连与门的输入端，与门输出一端连接或门，另一端连接逻辑0；第一d触发器一端连接与门，另一端连接比较器，与门另一端输入连接reset端和第一d触发器所连与门的输入端，与门输出一端连接或门，另一端连接逻辑1；比较器的输入为校验信息；当检测结果与校验信息相同则输出逻辑1，否则输出逻辑0。
46.check1～checks为高精度采样电阻支路故障检测结果。将每个高精度采样电阻支路的实时电阻检测值与预设值的误差与预定值的比较结果作为响应信号，大于预定值的定义为0，小于等于的定义为1。响应信号送往一对与d触发器构成反馈连接的与门和或门，分别实现对响应信号中逻辑0和逻辑1的检测，并将检测结果与校验信息进行对比，当检测结果与校验信息相同时输出逻辑1，否则输出逻辑0。功能校验器输出的故障检测结果中，逻辑1表示无故障，逻辑0表示有故障。
47.如图6，为高精度采样电阻支路状态寄存器示意图。输入主要为功能校验器输出的高精度采样电阻支路故障检测结果和置位信号，输出为高精度采样电阻支路状态信号和故障恢复开关控制信号。
48.当前高精度采样电阻支路状态寄存器初始时刻置位为全1，故障恢复开关状态寄存器在初始时刻置位为全0．当前高精度采样电阻支路状态寄存器的输出与故障检测结果相与，作为当前高精度采样电阻支路状态寄存器的输入。当前高精度采样电阻支路状态寄存器中存储的高精度采样电阻支路状态数据取反，与故障检测结果相或，作为故障恢复开关状态寄存器的输入。
49.因此，当某高精度采样电阻支路被判断为故障后，其状态将被当前高精度采样电阻支路状态寄存器记录为故障状态0，故障恢复开关状态寄存器在触发沿到来时记录为0，即以为控制故障恢复开关动作，否则记录为1，即故障恢复开关保持。
50.如图7，为故障恢复开关控制信号寄存器示意图。故障恢复开关控制信号寄存器产生控制信号。置位信号需低电平置位，置位后寄存器内d触发器的值为0；cell_state为高精度采样电阻支路状态信号，cell_state为1时表示高精度采样电阻支路正常、为0时表示高精度采样电阻支路故障；shift1～shifts分别为控制s个高精度采样电阻支路故障恢复的控制信号，当控制信号为逻辑0时，对应的高精度采样电阻支路中的故障恢复开关选通，否
则不选通。在支路数计数器计数过程中，故障恢复开关控制信号寄存器中s个d触发器内存储的逻辑值依次由0变为1，即依次锁定相应的控制信号为逻辑1．本实施例中电源模块负责为各电路模块提供不同的工作电源，电压基准源电路产生高精度、高稳定度的基准电压信号送给运算放大电路进行跟随处理，然后控制功率管输出相应的电流，处理器负责实现与外部设备的通信，同时控制开关切换模块完成对高精度采样电阻的选通切换来实现电流大小的调节。温控电路负责实现恒温装置的温度控制，恒温装置负责为电路中的温度敏感器件提供一个恒定的环境温度，减小环境温度变化对电流信号的影响。
51.尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。