用于电压测量装置的校准方法、装置及校准系统与流程

本发明涉及电压测量技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于电压测量装置的校准方法、一种用于电压测量装置的校准装置、及一种校准系统。

背景技术：

如图1所示，电压测量装置包括电压采样电路和处理器u1，该电压采样电路包括分压电阻r1和分压电阻r2，且分压电阻r1和分压电阻r2串联连接在电压采样电路的电源输入端j0与接地端之间，分压电阻r1与分压电阻r2之间的电位点作为电压采样电路的采样输出端与处理器u1的模数转换(简称为adc)端口p1连接，即处理器u1集成有模数转换模块，这样，处理器u1便可以根据模数转换模块提供的数字量计算得到采样输出端的电压vadc，并进而计算得到经由电源输入端j0输入的电源的测量电压v0，其中：

v0＝k×vadc公式(2)；

r1为分压电阻r1的理论设计阻值，r2为分压电阻r2的理论设计阻值，k为电压采样电路的采样系数，dn为模数转换模块转换电压vadc得到的二进制数值，vref为模数转换模块的内部基准电压。

根据公式(1)至公式(3)可知，测量电压v0的测量精度与分压电阻r1、r2的电阻精度和模数转换模块的采样误差相关。在通常情况下，电压测量装置的测量误差为20mv左右，而模数转换模块的采样误差通常小于0.8mv，其相对电压测量装置的测量误差可以忽略不计，因此，测量精度将主要取决于分压电阻r1、r2的电阻精度。

目前，电阻的精度主要分为5％、1％、0.5％、0.1％几个等级，而不同精度的电阻所对应的价格会呈指数型增长，所以单纯通过提高电阻精度来保证电压测量电路的测量精度对于批量生产会面临巨大的成本压力。因此，非常有必要提供一种能够提高电压测量电路的测量精度的校准方案。

技术实现要素：

本发明实施例的一个目的是提供一种用于校准电压测量电路的新的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于电压测量装置的校准方法，所述电压测量装置包括电压采样电路和处理器，所述电压采样电路用于对输入的电源进行电压采样，所述电压采样电路的采样输出端与所述处理器的模数转换端口连接，所述处理器根据所述模数转换端口提供的数字量计算得到对应所述电源的采样电压值，所述校准方法包括顺次执行的如下步骤：

向所述电压采样电路输入第一参考电源；

控制所述处理器计算得到对应所述第一参考电源的采样电压值作为第一采样电压值；

向所述电压采样电路输入第二参考电源；

控制所述处理器计算得到对应所述第二参考电源的采样电压值作为第二采样电压值；

根据所述第一采样电压值、所述第二采样电压值、所述第一参考电源的实际电压值和所述第二参考电源的实际电压值计算将任一采样电压值转换为对应电源的测量电压值的采样系数。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于电压测量装置的校准装置，所述电压测量装置包括电压采样电路和处理器，所述电压采样电路用于对输入的电源进行电压采样，所述电压采样电路的采样输出端与所述处理器的模数转换端口连接，所述处理器根据所述模数转换端口提供的数字量计算得到对应所述电源的采样电压值，所述校准装置包括：

校准连接件，所述校准连接件被设置为用于连接所述电压采样电路的电源输入端；

第一控制开关；

第一参考电源，所述第一参考电源经由所述第一控制开关与所述校准连接件连接；

第二控制开关；

第二参考电源，所述第二参考电源经由所述第二控制开关与所述校准连接件连接；以及，

控制器，所述控制器被设置为用于控制所述处理器分时完成所述第一参考电源和所述第二参考电源的电压采样计算，以通过所述第一参考电源和所述第二参考电源的实际电压值、及分别对应所述第一参考电源和所述第二参考电源的采样电压值得到将任一采样电压值转换为对应电源的测量电压值的采样系数。

可选的是，所述控制器具体被设置为用于：

根据已闭合第一控制开关、且断开第二控制开关的第一反馈信号，向所述处理器发送第一校准信号；

接收所述处理器根据所述第一校准信号计算得到的对应所述第一参考电源的采样电压值作为第一采样电压值；

在接收到所述第一采样电压值之后，根据已闭合第二控制开关、且断开第一控制开关的第二反馈信号，向所述处理器发送第二校准信号；

接收所述处理器根据所述第二校准信号计算得到的对应所述第二参考电源的采样电压值作为第二采样电压值；

根据所述第一采样电压值、所述第二采样电压值、所述第一参考电源的实际电压值和所述第二参考电源的实际电压值计算所述采样系数；

将所述采样系数写入所述处理器中存储器中。

可选的是，所述校准装置还包括与所述控制器连接的人机交互装置。

可选的是，所述控制器还被设置为用于自动控制所述第一控制开关和所述第二控制开关的开关状态。

可选的是，所述第一控制开关为受控于所述控制器的模拟开关芯片的一个开关通道，所述第二控制开关为所述模拟开关芯片的另一个开关通道。

可选的是，所述控制器具体被设置为用于：

控制第一控制开关闭合、且控制第二控制开关断开，之后向所述处理器发送第一校准信号，以使所述处理器根据所述第一校准信号计算得到对应所述第一参考电源的采样电压值作为第一采样电压值；

接收所述处理器在计算得到所述第一采样电压值后返回的第一完成信号；

根据所述第一完成信号控制所述第二控制开关闭合、且控制所述第一控制开关断开，之后向所述处理器发送第二校准信号，以使所述处理器根据所述第二校准信号计算得到对应所述第二参考电源的采样电压值作为第二采样电压值；

接收所述处理器在计算得到所述第二采样电压值后返回的第二完成信号；以及，

根据所述第二完成信号向处理器输出具有所述第一参考电源的实际电压值和所述第二参考电源的实际电压值的修正信号，以使所述处理器在接收到所述修正信号后，根据所述第一采样电压值、所述第二采样电压值、所述第一参考电源的实际电压值和所述第二参考电源的实际电压值计算并存储所述采样系数。

根据本发明的第三方面，提供了一种校准系统，其包括电压测量装置和校准装置，所述电压测量装置包括电压采样电路和处理器，所述电压采样电路用于对输入的电源进行电压采样，所述电压采样电路的采样输出端与所述处理器的模数转换端口连接，所述处理器根据所述模数转换端口提供的数字量计算得到对应所述电源的采样电压值；

所述校准装置包括：

第一控制开关；

第一参考电源，所述第一参考电源经由所述第一控制开关与所述电压采样电路的电源输入端连接；

第二控制开关；

第二参考电源，所述第二参考电源经由所述第二控制开关与所述电压采样电路的电源输入端连接；以及，

控制器，所述控制器被设置为用于控制所述处理器分时完成所述第一参考电源和所述第二参考电源的电压采样计算，以通过所述第一参考电源和所述第二参考电源的实际电压值、及分别对应所述第一参考电源和所述第二参考电源的采样电压值得到将任一采样电压值转换为对应电源的测量电压值的采样系数。

可选的是，所述控制器根据已闭合第一控制开关、且断开第二控制开关的第一反馈信号，向所述处理器发送第一校准信号；

所述处理器根据所述第一校准信号计算得到对应所述第一参考电源的采样电压值作为第一采样电压值，并输出所述第一采样电压值至所述控制器；

所述控制器在接收到所述第一采样电压值之后，根据已闭合第二控制开关、且断开第一控制开关的第二反馈信号，向所述处理器发送第二校准信号；

所述处理器根据所述第二校准信号计算得到对应所述第二参考电源的采样电压值作为第二采样电压值，并输出所述第二采样电压值至所述控制器；

所述控制器根据所述第一采样电压值、所述第二采样电压值、所述第一参考电源的实际电压值和所述第二参考电源的实际电压值计算所述采样系数；

所述控制器将所述采样系数写入所述处理器的存储器中。

可选的是，所述控制器控制所述第一控制开关闭合、且控制所述第二控制开关断开，之后向所述处理器发送第一校准信号；

所述处理器根据所述第一校准信号计算得到对应所述第一参考电源的采样电压值作为第一采样电压值，并向所述控制器返回第一完成信号；

所述控制器根据所述第一完成信号控制所述第二控制开关闭合、且控制所述第一控制开关断开，之后向所述处理器发送第二校准信号；

所述处理器根据所述第二校准信号计算得到对应所述第二参考电源的采样电压值作为第二采样电压值，并向所述控制器返回第二完成信号；

所述控制器根据所述第二完成信号向处理器输出修正信号，所述修正信号包括所述第一参考电源的实际电压值和所述第二参考电源的实际电压值；

所述处理器在接收到所述修正信号之后，根据所述第一采样电压值、所述第二采样电压值、所述第一参考电源的实际电压值和所述第二参考电源的实际电压值计算并存储所述采样系数。

本发明的一个有益效果在于，本发明校准方法、校准装置及校准系统通过电压测量装置测量得到对应两个参考电源的采样电压值，并根据对应两个参考电源的采样电压值和两个参考电源的实际电压值计算得到将任一采样电压值转换为对应电源的测量电压值的采样系数，这样，便可利用该采样系数替代根据分压电阻的理论设计值计算得到的采样系数，进而实现采样系数的校准，在校准完成之后，处理器便可以直接利用校准得到的采样系数计算被测电源的测量电压，实现提高电压测量装置的测量精度的目的。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为电压测量装置的电路结构示意图；

图2为根据本发明校准方法的一种实施方式的流程示意图；

图3为根据本发明校准装置及校准系统的一种实施方式的电路结构示意图；

图4为根据本发明校准方法的一种实施例的控制器执行步骤的流程示意图；

图5为根据本发明校准方法的另一种实施例的控制器执行步骤的流程示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图2是根据本发明校准方法的一种实施方式的流程示意图。

根据图2所示，本发明的校准方法可以包括如下步骤：

步骤s210，通过图1中的电压采样电路的电源输入端j0向电压采样电路输入第一参考电源，之后执行以下步骤s220。

该第一参考电源为实际电压值基本稳定的电源，例如，第一参考电源是在稳定状态下输出纹波小于1mv的稳定电源。

该第一参考电源可以是电压测量装置所在的产品本身的低压差线性稳压器(lowdropoutregulator，简称为ldo)输出的精准电源；也可以是外部装置提供的电源。

步骤s220，控制图1中处理器u1计算得到对应第一参考电源的采样电压值作为第一采样电压值，之后执行以下步骤s230。

该第一采样电压值即为向电压采样电路输入第一参考电源后，通过电压采样电路的采样输出端输出的电压的测量值。具体为，处理器u1根据上述公式(1)计算得到对应第一参考电源的采样电压值。

步骤s230，通过图1中的电压采样电路的电源输入端j0向电压采样电路输入第二参考电源，之后执行以下步骤s240。

该第二参考电源同样为实际电压值基本稳定的电源，例如，第二参考电源是在稳定状态下输出纹波小于1mv的稳定电源。

第二参考电源的实际电压值与第一参考电源的实际电压值不同，其中，“不同”的含义为二者之间的差值使得处理器u1的模数转换模块能够分辨出。

例如，第一参考电源的实际电压值等于图1中电压测量装置的电压测量范围的上限值，而第二参考电源的实际电压值等于该上限值的三分之一。

该第二参考电源同样可以是电压测量装置所在的产品本身的ldo输出的精准电源；也可以是外部装置提供的电源。

步骤s240，控制图1中的处理器u1计算得到对应第二参考电源的采样电压值作为第二采样电压值，之后执行步骤s250。

该第二采样电压值即为向电压采样电路输入第二参考电源后，通过电压采样电路的采样输出端输出的电压的测量值。具体为，处理器u1根据上述公式(1)计算得到对应第二参考电源的采样电压值。

步骤s250，根据第一采样电压值vadc1、第二采样电压值vadc2、第一参考电源的实际电压值v1和第二参考电源的实际电压值v2计算得到将任一采样电压值转换为对应电源的测量电压值的采样系数k′。

具体地，

由于该采样系数k′是通过参考电源的实际电压值和对应的采样电压值计算得到，而且，采用两个参考电源还能够去除相同的误差，因此，利用采样系数k′乘以待测量电源的采样电压值得到的测量电压值，相对利用公式(3)计算得到的采样系数k乘以待测量电源的采样电压值得到的测量电压值，将更加接近待测量电源的实际电压值，进而提高电压测量装置的测量精度。

图3是根据本发明校准装置及校准系统的一种实施方式的电路结构示意图。

根据图3所示，本发明的校准系统包括电压测量装置和校准装置100。

该电压测量装置包括电压采样电路和处理器u1，电压采样电路用于对输入的电源进行电压采样，该电压采样电路的采样输出端与处理器的模数转换端口p1连接，处理器u1根据模数转换端口提供的数字量，通过上述公式(1)计算得到对应电源的采样电压值。

该校准装置100包括第一控制开关s1、第一参考电源v1、第二控制开关s2、第二参考电源v2和控制器u2。

该第一控制开关s1和第二控制开关s2可以是手动控制开关，也可以是受控于控制器u2的自动控制开关。

对于自动控制开关，该第一控制开关s1可以为受控于控制器u2的模拟开关芯片的一个开关通道，该第二控制开关s2可以为同一模拟开关芯片的另一个开关通道。

该第一参考电源v1经由第一控制开关s1与电压采样电路的电源输入端j0连接。

该第二参考电源v2经由第二控制开关s2与电压采样电路的电源输入端连接。

该控制器u2被设置为用于控制处理器u1分时完成第一参考电源v1和第二参考电源v2的电压采样计算，以通过第一参考电源v1和第二参考电源v2的实际电压值v1、v2及分别对应第一参考电源v1和第二参考电源v2的采样电压值vadc1、vadc2得到将任一采样电压值转换为对应电源的测量电压值的采样系数k′。

在本发明的一个具体实施例中，控制器u2与处理器u1之间的交互过程可以包括如下步骤：

步骤s311，控制器u2根据已闭合第一控制开关s1、且断开第二控制开关s2的第一反馈信号，向处理器u1发送第一校准信号。

在第一控制开关s1和第二控制开关s2为手动开关的实施例中，该第一反馈信号可以由校准人员通过人机交互装置输入，其中，该人机交互装置与控制器连接。

在第一控制开关s1和第二控制开关s2为自动开关的实施例中，该第一反馈信号由控制器u2的控制开关s1和s2的开关状态的程序单元提供。在该实施例中，控制器u2先控制第一控制开关s1闭合、及控制第二控制开关s2断开，再向处理器u1发送第一校准信号。

步骤s321，处理器u1根据第一校准信号计算得到对应第一参考电源v1的采样电压值作为第一采样电压值vadc1，并输出第一采样电压值vadc1至控制器u2。

步骤s312，控制器u2在接收到第一采样电压值vadc1之后，根据已闭合第二控制开关、且断开第一控制开关的第二反馈信号，向处理器u1发送第二校准信号。

在第一控制开关s1和第二控制开关s2为手动开关的实施例中，该第二反馈信号可以由校准人员通过人机交互装置输入，其中，该人机交互装置与控制器连接。

在第一控制开关s1和第二控制开关s2为自动开关的实施例中，该第二反馈信号由控制器u2的控制开关s1和s2的开关状态的程序单元提供。在该实施例中，控制器u2先控制第一控制开关s1断开、及控制第二控制开关s2闭合，再向处理器u1发送第二校准信号。

步骤s322，处理器u1根据第二校准信号计算得到对应第二参考电源v2的采样电压值作为第二采样电压值vadc2，并输出所述第二采样电压值vadc2至控制器u2。

步骤s313，控制器u2根据第一采样电压值vadc1、第二采样电压值vadc2、第一参考电源v1的实际电压值v1和第二参考电源v2的实际电压值v2计算采样系数k′。

步骤s314，控制器u2将该采样系数k′写入处理器u1的存储器中。

在步骤s314中，控制器u2也可以将两个以上相同电压测量装置的采样系数k′的平均值写入处理器u1的存储器中。该实施例适合于仅挑选一个批次中的部分电路板pcba(该电路板具有电压测量装置)进行采样系数k′的计算，并计算挑选出的部分电路板的采样系数k′的平均值来修正该批次的所有电路板的电压测量装置的采样系数。

在另外的实施例中，采样系数k′的计算也可以由处理器u1自身完成。该实施例可以包括如下步骤：

步骤s411，控制器u2控制第一控制开关s1闭合、且控制第二控制开关s2断开，之后向处理器u1发送第一校准信号。

步骤s421，处理器u1根据第一校准信号计算得到对应第一参考电源v1的采样电压值作为第一采样电压值vadc1，并向控制器u2返回第一完成信号。

步骤s412，控制器u2根据第一完成信号控制第二控制开关s2闭合、且控制第一控制开关s1断开，之后向处理器u1发送第二校准信号。

步骤s422，处理器u1根据第二校准信号计算得到对应第二参考电源v2的采样电压值作为第二采样电压值vadc2，并向控制器u2返回第二完成信号。

步骤s413，控制器u2根据第二完成信号向处理器u1输出修正信号，该修正信号包括第一参考电源v1的实际电压值v1和第二参考电源v2的实际电压值v2。

步骤s423，处理器u1在接收到修正信号之后，根据第一采样电压值vadc1、第二采样电压值vadc2、第一参考电源v1的实际电压值v1和第二参考电源v2的实际电压值v2计算并存储采样系数k′。

为了降低校正采样系数的校正成本，可以单独设置专用的校正装置100，以通过校正装置100校正所有电路板上的电压测量装置，而无需在每个电路板上设置各自的校准装置。

在单独设置校正装置100的实施例中，该校正装置100可以包括校准连接件(图中未示出)、第一控制开关s1、第一参考电源v1、第二控制开关s2、第二参考电源v2和控制器u2。

该校准连接件被设置为用于连接电压采样电路的电源输入端j0。

该校准连接件根据电路板上电源输入端j0的形式可以为连接器、连接顶针等等。

第一参考电源v1经由第一控制开关s1与校准连接件连接。

第二参考电源v2经由第二控制开关s2与校准连接件连接。

控制器u2被设置为用于控制处理器u1分时完成第一参考电源v1和第二参考电源v2的电压采样计算，以通过第一参考电源v1和第二参考电源v2的实际电压值v1、v2及分别对应第一参考电源v1和第二参考电源v2的采样电压值vadc1、vadc2得到将任一采样电压值转换为对应电源的测量电压值的采样系数k′。

在本发明的一个具体实施例中，根据图4所示，控制器u2可以具体被设置为用于执行如下步骤：

步骤s511，根据已闭合第一控制开关、且断开第二控制开关的第一反馈信号，向处理器u1发送第一校准信号。

步骤s512，接收处理器u1根据第一校准信号计算得到的对应第一参考电源v1的采样电压值作为第一采样电压值vadc1。

步骤s513，在接收到第一采样电压值vadc1之后，根据已闭合第二控制开关、且断开第一控制开关的第二反馈信号，向处理器u1发送第二校准信号。

步骤s514，接收处理器u1根据第二校准信号计算得到的对应第二参考电源v2的采样电压值作为第二采样电压值vadc2。

步骤s515，根据第一采样电压值vadc1、第二采样电压值vadc2、第一参考电源v1的实际电压值v1和第二参考电源v2的实际电压值v2计算得到将任一采样电压值转换为对应电源的测量电压值的采样系数k′。

步骤s516，将采样系数k′或者两个以上电压测量装置的采样系数k′的平均值写入所述处理器中存储器中。

在本发明的另一个具体实施例中，根据图5所示，控制器u2也可以具体被设置为用于执行如下步骤：

步骤s611，控制第一控制开关s1闭合、且控制第二控制开关s2断开，之后执行步骤s612。

步骤s612，向处理器u1发送第一校准信号，以使处理器u1根据第一校准信号计算得到对应第一参考电源v1的采样电压值作为第一采样电压值vadc1。

步骤s613，接收处理器u1在计算得到第一采样电压值vadc1后返回的第一完成信号。

步骤s614，根据第一完成信号控制第二控制开关s2闭合、且控制第一控制开关s1断开,之后执行步骤s615。

步骤s615，向处理器u1发送第二校准信号，以使处理器u1根据第二校准信号计算得到对应第二参考电源v2的采样电压值作为第二采样电压值vadc2。

步骤s616，接收处理器u1在计算得到第二采样电压值vadc2后返回的第二完成信号。

步骤s617，根据第二完成信号向处理器u1输出具有第一参考电源v1的实际电压值v1和第二参考电源v2的实际电压值v2的修正信号，以使处理器在接收到修正信号后，根据第一采样电压值vadc1、所述第二采样电压值vadc2、第一参考电源v1的实际电压值v1和第二参考电源v2的实际电压值v2计算并存储采样系数k′。

上述各实施例主要重点描述与其他实施例的不同之处，但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。