余堅(jiān)鏗，張超杰，吳杰長

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模擬電路動(dòng)態(tài)電源電流信號(hào)測(cè)量方法綜述

余堅(jiān)鏗，張超杰，吳杰長

（海軍工程大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院 武漢 430033）

動(dòng)態(tài)電源電流 模擬電路 測(cè)量電路 研究進(jìn)展

0 引言

I測(cè)試的一個(gè)關(guān)鍵是準(zhǔn)確高效地從供電回路中測(cè)取電流信號(hào)。I信號(hào)具有信號(hào)較弱、持續(xù)時(shí)間短、頻譜范圍廣、頻率特性與被測(cè)電路本身的固有頻率特性存在很大差別的特點(diǎn)，因此測(cè)量難度較大。與I測(cè)試相比[4,5]，I測(cè)試采樣速度和精度等方面要求更高；與數(shù)字電路[6,7]相比，模擬電路的I測(cè)試需要考慮信號(hào)的連續(xù)特性和電路的容差等問題[8]。

1 引入采樣電阻的測(cè)量方法

1.1 采樣電阻的選擇

1）阻值

圖1 測(cè)試原理圖

2）精度

3）溫度系數(shù)

1.2 基于自動(dòng)調(diào)零放大電路的測(cè)量電路設(shè)計(jì)

圖2所示的自動(dòng)調(diào)零放大電路使用了兩級(jí)組合放大器的架構(gòu)，由一個(gè)主放大器A1和調(diào)零放大器A2構(gòu)成。調(diào)零放大器的輸入端與主放大器的輸入端共用一個(gè)輸入信號(hào)，而調(diào)零放大器的輸出端接到了主放大器的調(diào)零輸入端。主放大器的輸入端始終接在測(cè)試信號(hào)的通路上起放大作用。調(diào)零放大器持續(xù)消除自身的失調(diào)電壓，檢測(cè)主放大器的失調(diào)電壓并且對(duì)主放大器施加校正信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主放大器信號(hào)的持續(xù)校正。

圖2 自動(dòng)調(diào)零放大電路的基本原理

這種基于自動(dòng)調(diào)零放大電路的測(cè)量電路設(shè)計(jì)在一些國外研究[12,13]中得到采用，并證實(shí)了其可行性。文獻(xiàn)[12]介紹了一種寬帶CMOS電路內(nèi)置動(dòng)態(tài)電流傳感器，在進(jìn)行傳感器的設(shè)計(jì)時(shí)考慮了直流偏置校正，并采用自動(dòng)調(diào)零放大電路來校正MOS偏置電壓。通過連續(xù)不斷地對(duì)傳感器差分放大器的輸出進(jìn)行采樣，并對(duì)主放大器的輸入進(jìn)行了負(fù)反饋校正，維持了零伏特的放大器輸出。相同的設(shè)計(jì)理念也應(yīng)用于文獻(xiàn)[13]中，與低通濾波器一同使用，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)偏置和失調(diào)電壓控制，提高了電路精度。

1.3 基于儀表放大電路的測(cè)量電路設(shè)計(jì)

圖3 儀表放大電路的基本原理

該儀表放大電路由兩級(jí)差分放大器電路構(gòu)成，這種設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)：

1）運(yùn)算放大器A1、A2都接成比例運(yùn)算電路形式，采用同相差分輸入方式，這樣可以大幅度提高電路的輸入阻抗，減小電路對(duì)微弱輸入信號(hào)的衰減作用，在從信號(hào)源提取微弱信號(hào)時(shí)發(fā)揮了非常重要的功能。

2）電路采用對(duì)稱形式，外圍電阻采用高精密電阻，使得漂移、噪聲、失調(diào)電壓及失調(diào)電流等相互抵消，以提高電路的測(cè)試精度。

3）差分輸入使測(cè)量電路只對(duì)差模信號(hào)（有用信號(hào)）放大，而對(duì)共模輸入信號(hào)（干擾信號(hào)）只起跟隨作用，使得送到后級(jí)的差模信號(hào)與共模信號(hào)的幅值之比(即CMRR)得到提高。

1.4 基于電流鏡的測(cè)量電路設(shè)計(jì)

圖4 單路JBT電流鏡

2 不引入采樣電阻的測(cè)量方法

2.1 目的

2.2 可行性分析

圖5 差分放大器監(jiān)測(cè)電路

該測(cè)量電路提供了一種測(cè)量電路設(shè)計(jì)的新思路。但是，該文獻(xiàn)沒有提供實(shí)現(xiàn)這一電路的具體運(yùn)放型號(hào)以及部件的參數(shù)。此外，造成該電路與之間的偏差的主要因素為運(yùn)放的直流偏置，可以通過增加零點(diǎn)調(diào)零電路或斬波放大器等技術(shù)來最小化放大器的直流偏置。另外，在改善電路的抗噪性能上還有較大的提升空間。

3 發(fā)展趨勢(shì)

4 結(jié)論

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A Survey of Dynamic Supply Current Signal Measurement Method for Analog Circuit

Yu Jiankeng, Zhang Chaojie, Wu Jiechang

(College of Power Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China )

fault diagnosis from theory to application. On the basis of analyzing the characteristics of the test, the development status of Isignal measurement technology is summed up. Many measurement methods are classified, including the methods that use automatic zeroing amplifier, instrumentation amplifier and current mirror, especially the method without adopting sampling resistance. The advantages and disadvantages of various measurement methods are compared, and the development trend of analog circuit

TM930.12

A

1003-4862（2018）11-0059-06

2018-05-21

國家自然科學(xué)基金（51509255）

余堅(jiān)鏗（1993-），男，在讀研究生，研究方向：艦船自動(dòng)化與仿真技術(shù)。E-mail：454175938@qq.com。