一种高分辨率ADC采样电路及电池漏电流检测电路的制作方法

一种高分辨率adc采样电路及电池漏电流检测电路
技术领域
1.本实用新型涉及电压采集技术领域，具体涉及一种高分辨率adc采样电路高分辨率adc采样电路及电池漏电流检测电路。


背景技术：

2.在电池或者电容漏电流检测的方案中需要用到高分辨率低漂移的电压采集，而目前市面上现有的24位精密adc采集板都难以达到我们需要的分辨率指标(更高位数的adc是有达到需求的指标的，但价格高昂，性价比差，不利于大量使用)。同时使用其它方案的高分辨率低漂移的电压采集，比如精密电压时间技术(单斜、双斜、多斜积分技术)，确实可以实现需要的效果，但这种电路有一定的技术难度，开发调试周期较长，容错率低，价格高昂，性价比差，不适合大量推广应用。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种高分辨率adc采样电路及电池漏电流检测电路，解决了以上所述的高分辨率低漂移的电压采集成本高且开发周期长的技术问题。
4.本实用新型为解决上述技术问题提供了一种高分辨率adc采样电路，包括高精度低温漂基准、低噪声处理单元及核心adc，所述低噪声处理单元包括前级低噪声处理单元及输入级低噪声处理单元；
5.所述高精度低温漂基准的电压基准源信号输出端与前级低噪声处理单元降噪的输入端电连接，所述前级低噪声处理单元的低噪声电压基准源信号输出端与核心adc的第一输入端电连接；
6.所述输入级低噪声处理单元的输入端接被测信号，输出端与核心adc的第二输入端电连接。
7.优选地，所述高精度低温漂基准包括ltz1000、ltc6655、ltc6657或adr4550c/d中任一种优于1ppm/℃温漂指标的电压基准器件。
8.优选地，所述低噪声处理单元包括ada4528、ada4523或max44246中的任一种。
9.优选地，所述低噪声处理单元的低漂移小于1uv/℃，低噪声峰峰值低频部分小于200nv，高频部分小于10nv/平方根(hz)。
10.优选地，所述输入低噪声处理单元的输入基础电流ibase小于1na。
11.优选地，所述核心adc包括ad7175、ad7124、ad7176或ltc2449中任一在中任一种24位精密adc，所述核心adc的ref+引脚与所述前级低噪声处理单元的输出端电连接。
12.优选地，所述采样电路还包括mcu，所述核心adc与所述mcu通过spi串口通信连接。
13.优选地，所述采样电路还包括电磁屏蔽腔，所述高精度低温漂基准、低噪声处理单元及核心adc均位于所述电磁屏蔽腔内。
14.本实用新型还提供了一种电池漏电流检测电路，包括漏电检测单元，还包括所述的高分辨率adc采样电路，所述核心adc的输出端与所述漏电检测单元的输入端电连接。
15.有益效果：本实用新型提供了一种高分辨率adc采样电路及电池漏电流检测电路，包括高精度低温漂基准、低噪声处理单元及核心adc，所述低噪声处理单元包括前级低噪声处理单元及输入级低噪声处理单元；所述高精度低温漂基准的电压基准源信号输出端与前级低噪声处理单元降噪的输入端电连接，所述前级低噪声处理单元的低噪声电压基准源信号输出端与核心adc的第一输入端电连接；所述输入级低噪声处理单元的输入端接被测信号，输出端与核心adc的第二输入端电连接。该电路结构简单，构思巧妙且成本低，能完全发挥出adc的24位极限性能，且电路反馈迅速，能快速有效反馈给电池或者电容的漏电流检测方案中，提高电池漏电流检测的精度和速度。
16.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
18.图1为本实用新型高分辨率adc采样电路及电池漏电流检测电路的功能原理图；
19.图2为本实用新型高分辨率adc采样电路及电池漏电流检测电路的核心adc单元与输入级低噪声处理的电路设计图；
20.图3为本实用新型高分辨率adc采样电路及电池漏电流检测电路的高精度低温漂基准与前级低噪声处理的电路设计图。
具体实施方式
21.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
22.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
24.目前市面上有多家提供大量使用的24位adc，比如ad7190、ads1256等制成的成品的信号采集卡出售，但极限指标都只能在20位上下，远不到极限指标的24位；而电池或者电
容漏电流检测需要极高分辨率的电压采样，这个程度完全不够。电池或者电容漏电流检测方案需要的采样分辨率参考来源：以锂电池为例说明，锂电的充电满电压约4.2v，放电截止电压约2.7v；电池电压在从4.2v变化到2.7v的过程中将放出所有存储的容量；假设这个过程中电压线性变化，实际上不是的，都在一个数量级上；然后以电池一年因为漏电流泄露20％容量来计算(一年剩余80％容量，基本上算比较好的电池)，由以上信息可以得出：
25.自放电导致的电压衰减速度(近似值)＝1.5v*20％/365天/24小时/3600秒＝9.5nv/s。这个速度对应5v的电压采集系统而言需要log(5v/9.5nv,2)＝28.9位的分辨率。若以20位的采集系统来来工作，则需要2^8.9＝477.7s才能采集到有效的电压差异，接近八分钟才能有效反馈给电池或者电容的漏电流检测方案进行控制，速度太慢。若是发挥出24位极限性能，则只需要2^4.9＝29.8s就可以有效反馈给电池或者电容的漏电流检测方案进行控制。基于此才可以实现在半小时到两小时内测试出电池或者电容的漏电流。当然原理上20位分辨率也能实现电池或者电容的漏电流检测，但是因为时间过长；另外一个的影响将不可忽略，器件本身的时漂特性，即器件特性随时间的而发生变化的现象；这个几乎无法解决，只能选择某些特种工艺的器件，异常昂贵。所以最优的方案就是完全发挥出adc的24位极限性能。
26.基于此，本实用新型实施例提供了一种高精度低温漂基准，如图1所示，包括高精度低温漂基准、低噪声处理单元及核心adc，所述低噪声处理单元包括前级低噪声处理单元及输入级低噪声处理单元；所述高精度低温漂基准的电压基准源信号输出端与前级低噪声处理单元降噪的输入端电连接，所述前级低噪声处理单元的低噪声电压基准源信号输出端与核心adc的第一输入端电连接；所述输入级低噪声处理单元的输入端接被测信号，输出端与核心adc的第二输入端电连接。该电路通过精选的低噪声处理单元实现信号的无损失，无干扰的变换和传递。可以方便且便宜的实现高分辨率低漂移(低绝对精度)的电压采集系统。可以使电池或者电容的漏电流检测方案更近快速且便宜的实现出来。为电池或者电容生产企业服务，快速筛选出各种等级的电池，提高效率，降低成本。具体的工作原理如下：
27.1，通过优选的高精度低温漂基准输出电压基准源信号。只要求输出低温漂，其他的要求不限定。因为低温漂的基准下精度都非常好；不仅可以节约电路损耗，还有小降低了功耗。
28.2，将电压基准信号输入至前级低噪声处理单元，进一步降低基准电压信号的噪声，改善驱动能力后输入到核心adc中。
29.3，将被测信号接入到输入级低噪声处理单元上进行降噪处理。
30.4，通过精选的输入级低噪声处理单元，将被测信号的极高阻抗取样出来，并进一步降低噪声后输出到核心adc的输入级。
31.5，通过精选的核心adc在低噪声电压基准源信号下测试低噪声的输入被测信号，实现核心adc的极限性能指标。
32.需要特别注意的是：高精度低温漂基准都有上电自稳定时间，故电路开机后一段时间后方可使用，这个时间依赖于器件特性，一般是半小时到2小时不等。若对电路采用了恒温处理，则额外说明1中要求的时间，应在温度恒定后开始计算。
33.优选的方案，通过精选的低噪声处理单元实现信号的无损失，无干扰的变换和传递。基于此以选定特定的各单元的芯片型号。所述高精度低温漂基准包括ltz1000、
ltc6655、ltc6657或adr4550c/d中任一种优于1ppm/℃温漂指标的电压基准器件。低噪声处理单元包括ada4528、ada4523或max44246中的任一种，低漂移小于1uv/℃，低噪声峰峰值低频部分小于200nv，高频部分小于10nv/平方根(hz)。且输入低噪声处理单元的输入基础电流ibase小于1na。
34.优选的方案，通过精选的核心adc实现高分辨率低温漂的电压采集；精选的器件包括但不限于ad7175、ad7124、ad7176、ltc2449等24位精密adc。核心adc的ref+引脚与所述前级低噪声处理单元的输出端电连接。
35.上述芯片电路的结构及各电路单元之间的具体连接关系如图2和图3所示。以ad7176及ltz1000为例，且前级低噪声处理单元及输入级低噪声处理单元的各自内部电路结构及与ad7176及ltz1000的电路连接在此不一一赘述，本领域的技术人员根据图中所示便可以完整实现电路的连接。
36.需要指出的是，所有电路单元及芯片的选型不仅仅限于上述提及到的型号，还有类似的型号芯片在此没有一一列举出来也均属于本技术方案的公开保护范围。
37.本实用新型实施例通过对高精度低温漂基准、前级低噪声处理单元(前级)、核心adc及输入级低噪声处理单元(输入)这四个模块进行恒温处理；恒温处理后，可降低对这些模块中器件选型的温漂限制。并可以对整个采样电路结构进行电磁屏蔽处理，可降低外界干扰，提高采样信噪比。
38.本实用新型还提供了一种电池漏电流检测电路，包括漏电检测单元，还包括所述的高分辨率adc采样电路，所述核心adc的输出端与所述漏电检测单元的输入端电连接。高分辨率adc采样电路对采集到的电池的电压信号进行精确分析，然后将分析结果输出给漏电检测单元便可以对电池进行高精度且快速的漏电检测。高分辨率adc采样电路的具体结构与前述一致。
39.有益效果：本实用新型提供了一种高分辨率adc采样电路及电池漏电流检测电路，包括高精度低温漂基准、低噪声处理单元及核心adc，所述低噪声处理单元包括前级低噪声处理单元及输入级低噪声处理单元；所述高精度低温漂基准的电压基准源信号输出端与前级低噪声处理单元降噪的输入端电连接，所述前级低噪声处理单元的低噪声电压基准源信号输出端与核心adc的第一输入端电连接；所述输入级低噪声处理单元的输入端接被测信号，输出端与核心adc的第二输入端电连接。该电路结构简单，构思巧妙且成本低，能完全发挥出adc的24位极限性能，且电路反馈迅速，能快速有效反馈给电池或者电容的漏电流检测方案中，提高电池漏电流检测的精度和速度。
40.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。