基于低温电流比较仪的微弱电流精密测量技术
【仪器仪表学报】_系统分辨率_期刊发文热词逐年推荐_20140727
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
科研热词 推荐指数 鱼眼镜头 1 非线性畸变 1 超宽带 1 角度分辨率 1 结构健康监测 1 级联长周期光栅 1 矢量水听器 1 游标效应 1 混合采样 1 波达方向 1 新型远海机动水文环境监测系统 1 探头设计 1 探地雷达 1 异步时钟 1 工业ct 1 层间插值 1 多项式拟合 1 多学科优化设计 1 可变体机翼 1 参数估计 1 单程测距 1 功率谱估计 1 剖面探头 1 光纤bragg光栅 1 体积测量 1 伪随机编码 1 zernike矩 1 vernier effect 1 rf传播时间 1 rf time-of-flight 1 one-way ranging 1 m序列 1 heterogeneous clock 1 b样条 1
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
光反馈 傅里叶周期 位移 仿射类 usb sa4828 offner结构 l1模 imaq vision gpib ad7714 a/d
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
一种微弱电流检测电路的设计
一种微弱电流检测电路的设计作者：胡红钱来源：《中国科技博览》2018年第08期[摘要]为实现快速、稳定、精确的微电流测量，提出μA级以下电流检测采用改进对数电路、μA级以上采用差分电路，并进行通道残余噪声的动态调零消噪的双通道微电流检测法。
实测结果表明，该检测电路能够最大限度降低测量噪声，提高测量精度，在nA～mA级电流测量范围内误差控制在3%以内。
[关键词]微弱电流 I-V转换对数电路差分电路动态调零中图分类号：TM993.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）08-0295-02随着科学技术向微观世界的不断深入，微弱信号的获取日益普遍，例如人体心电信号检测，高分辨率侦察卫星，反隐形技术，潜艇声纳探测，核磁探测，纳米技术，生物电流分析等[1，2]。
微弱电流是一种典型的微弱信号，其有效值往往小于10-6，可以与噪声相比较，极易被噪声淹没。
因为微弱电流容易受环境噪声、电路噪声和元器件噪声的影响，所以对它们的检测也变得异常困难，用常规的方法无法解决。
为此，研究微弱信号检测技术具有重要的现实意义。
传统微电流测量方法有相关检测法、调制解调法、取样积分法等，其中取样电阻法和电流反馈法最为普遍[3]。
但是由于电阻热噪声、运算放大器的失调电压、失调电流、偏置电流等直流噪声和温漂的干扰完全将能量级在10-6A以下微电流淹没。
此外，从信号接入点到模数转换的整个检测电路，除了电阻的热噪声、运放的失调噪声、泄漏噪声等元件噪声外，还受到如电源波动、地弹、数模转换器的量化噪声等电路噪声的影响，以及如电磁干扰、工频噪声等环境噪声的影响。
因此如何解决这些噪声的干扰成微电流检测的主要任务。
1 微弱电流检测硬件设计根据以上分析和相关文献参考，在传统I-V测量的基础上进行电路改进，设计了如图1所示的微电流检测方案。
由于微弱电流的输入范围宽，可从pA级到mA级，一般线性放大器无法处直接处理如此宽的动态范围[4]。
微弱电流信号的检测和放大电路.doc
电压放大器结构合理，准确得实现了电压放大功能。
经I/V转换器后电压（通道B），经一级差分式放大电路后输出电压（通道C）,经二级差分式放大电路后输出电压(通道D)波形对比如图9所示：
图9运算放大电路输入输出电压波形对比
3.
本设计采用开关式相敏检波电路。相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。其结构如图10所示。
要求：电路要包括电流/电压转换电路，信号放大电路，调制和解调电路，并采用multisim仿真。
三、设计时间及进度安排
设计时间共两周（2015.6.23～2015.7.3）,具体安排如下表：
周安排
设 计 内 容
设计时间
第一周
布置设计任务和具体要求及设计安排；提出设计思路和初步设计方案、根据设计方案，进行具体的设计，根据指导意见，修改具体设计；仿真实现设计要求，指导、检查完成情况。
15.06.23-15.06.26
第二周
设计、仿真，撰写、完成专业模块设计报告,验收、考核
15.06.29-15.07.03
四、指导教师评语及成绩评定
指导教师评语:
年 月 日
成绩
指导教师(签字):
第一章课程设计的目的
课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。
经过相敏检波输出电压为4.327V，输入输出电压如图13所示。
图
经过相敏检波电路的波形如图14所示：
图14相敏检波电路输出波形
4.
为了给相敏检波电路提供同频方波信号，实现检波功能。其结构如图15所示。
图
其同向端接地，反向端接入高频正弦来自压信号（1KHZ），输出端为方波信号。当反向端正弦电压小于0时，输出高电平；当反向端输入的正弦电压大于0时，输出低电平。所以输入正弦波输出为反向的正弦波。输入信号和输出信号对比如图16所示。
APD光电二极管的特性测试及应用研究1
[5]王庆有.光电传感器应用技术[M].北京:机械工业出版社,2007.10.
[6]其他：可网上搜索查找相关中文和外文文献。
3．进度安排
设计（论文）各阶段名称
起止日期
1
查阅文献资料，确定方案，写文献综述
2014.1.18-3.20
2
学习APD光电二极管的工作原理
2014.3.21-3.30
3
理解APD光电二极管的各项参数指标并测试
因此，拓宽硅基光电探测器件的探测波长范围及探测效率，不仅成为一个较为热点的研究领域，引起了各国科研工作者的兴趣，同时也成为光通信领域迫切需要克服的难题，是市场应用所需迫切解决的问题。最近几年人们尝试了各种方法来提高Si基APD的近红外探测效率，其中有增加Si基APD吸收层的厚度从而提高光子在Si中的吸收，然而随着APD体积的增加，不但提高了近红外处的量子效率，同样增加APD器件的暗电流和噪声，也提高了APD的响应时间，所以用这种方法提高APD近红外的敏感率并不是最好的方法。还有一种方法就是在APD器件表面设计一层防反射层，这层防反射层可以使入射光在APD器件的表面发生多次反射，从而增加了透入到器件内部的光子，也不会增加APD器件的体积，但是这种方法对工艺制作流程要求严格，成本较高，虽然能提高器件的整体效果但依然不能将1064nm处的光探测效率提高到理想的程度。
制约硅基APD在近红外方向特别是1064nm波段发展的原因有两个，第一，硅的禁带宽度是1.12eV，从而导致硅对1100nm处光的吸收截止。Si是间接带隙材料，在300K时硅的禁带宽度是1.12eV。因此硅的吸收截止波长是1100nm。从而导致由间接半导体材料制做的APD器件在截止波长附近吸收效率非常低。为了使硅基APD在1064nm处获得较高的量子效率，人们研发出使用其它半导体材料(锗、铟或者砷化镓)制作光电子器件，但是这些材料的光电子器件暗电流和噪声比较高，价格昂贵，而且与硅的晶格不匹配。或者改变硅基APD的结构设计，还可以使用飞秒激光微构造技术，来改变硅在近红外处的光吸收特性。第二，APD制造工艺过程中必须引入尽可能少的缺陷以减少暗电流，从而保证器件具有较高的信噪比。
一种氮氧传感器的微弱电流检测电路[发明专利]
![一种氮氧传感器的微弱电流检测电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/71b7c5e7b04e852458fb770bf78a6529647d35c8.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810836245.6(22)申请日 2018.07.26(71)申请人 华中科技大学地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人 李曦 曾成 冯江涛 王杰 蒋建华 邓忠华 李怡 (74)专利代理机构 华中科技大学专利中心42201代理人 廖盈春 曹葆青(51)Int.Cl.G01R 19/00(2006.01)G01N 27/00(2006.01)(54)发明名称一种氮氧传感器的微弱电流检测电路(57)摘要本发明公开了一种氮氧传感器的微弱电流检测电路，包括：依次连接的电流电压转换电路、差分低通滤波器和仪表运算放大器；通过在信号回路中接入采样电阻构成所述电流电压转换电路，所述电流电压转换电路用于将氮氧传感器采集的电流信号转换为N倍的电压信号；所述电压信号经过所述差分低通滤波器滤除高频干扰后再由所述仪表运算放大器进行准确有效的放大后输出；其中N的值等于采样电阻的阻值大小。
本发明可以实现微弱电压信号的精确放大，这种仪表放大电路具有低失调、低输出误差、高信噪比、高共模抑制比、高增益等特点。
权利要求书1页 说明书6页 附图3页CN 109239432 A 2019.01.18C N 109239432A1.一种氮氧传感器的微弱电流检测电路，其特征在于，包括：依次连接的电流电压转换电路、差分低通滤波器和仪表运算放大器；通过在信号回路中接入采样电阻构成所述电流电压转换电路，所述电流电压转换电路用于将氮氧传感器采集的电流信号转换为N倍的电压信号；所述电压信号经过所述差分低通滤波器滤除高频干扰后再由所述仪表运算放大器进行准确有效的放大后输出；其中N的值等于所述采样电阻的阻值大小。
2.如权利要求1所述的微弱电流检测电路，其特征在于，所述采样电阻的阻值大小为80Ω。
3.如权利要求1或2所述的微弱电流检测电路，其特征在于，所述差分滤波电路包括：电阻R1a、电阻R1b、电容C1a、电容C1b和电容C2；所述电容C1a、所述电容C2和所述电容C1b依次串联连接，所述电容C1a的非串联连接端接地，所述电容C1b的非串联连接端接地，所述电容C1a和所述电容C2的串联连接端作为所述差分滤波电路的输出正极，所述电容C1b和所述电容C2的串联连接端作为所述差分滤波电路的输出负极；所述电阻R1a的一端作为所述差分滤波电路的输入正极，所述电阻R1a的另一端与所述电容C1a和所述电容C2的串联连接端连接；所述电阻R1b的一端作为所述差分滤波电路的输入负极，所述电阻R1b的另一端与所述电容C1b和所述电容C2的串联连接端连接。
基于极低频电磁波的管道检测定位技术
基于极低频电磁波的管道检测定位技术第31卷第3期2009年6月沈阳工业大学JournalofShenyangUniversityofTechnologyVO1.31No.3Jun.2009文章编号:1000—1646(2009)03—0266—05基于极低频电磁波的管道检测定位技术高松巍,孙小京,杨理践(沈阳工业大学信息科学与工程学院,沈阳110178)摘要:针对传统有缆定位方式受电缆重量,信号损耗,管道等因素影响问题,提出一种基于极低频电磁波磁偶极子模型的管道内部检测器定位方法.根据极低频电磁波的特性以及发射线圈实质为螺线管的特点,研究了极低频电磁波发射天线(螺线管模型)磁场在介质中的分布规律,结合工程应用中的要求,建立了极低频电磁波的磁偶极子传输模型.磁偶极子理论计算结果表明,发射天线磁场空间的磁场强度幅值随位置的改变具有对称,双峰分布的规律.关键词:极低频电磁波;管道检测器;螺线管;磁偶极子;定位技术;磁感应强度;磁场分布;金属管道中图分类号:TN911.23文献标志码:A Localizationtechniqueofpipelinedetectingbasedonextremelylow frequencyelectromagneticwaveGAOSong—wei,SUNXiao-jing,YANGLi-jian(SchoolofInformationScienceandEngineering,ShenyangUniversityofTechnology.Shen yang110178,China)Abstract:Thetraditionallocalizationmethodisusuallyaffectedbysuchfactorsascableweig ht,signallossandmetallicpipeline.Thus,alocalizationmethodofpipelinedetectingbasedonextremelylo wfrequency(ELF)electromagneticwavemagneticdipolemodelwasproposed.Themagneticfielddistri butionoftheELFelectromagneticwavetransmittingantenna(solenoidmode1)inmediumwasdiscussed basedonthe characteristicofELFelectromagneticwaveandsolenoidtransmittingloop.TheELFelectro magneticwave magneticdipoletransmissionmodelwasbuiltfortherequirementinpracticalapplication.Th emagnetic dipolecalculationandexperimentalresultsshowthattheintensityamplitudeofthetransmitti ngantennamagneticfieldexhibitsthesymmetryanddoublehump—shapedistributingfeatureswithchangingtheposition.Keywords:ELFelectromagneticwave;pipelinedetector;solenoid;magneticdipole;localiz ationtechnology;magneticinductionintensity;magneticfielddistribution;metallicpipeline随着管道运输业的发展,管道内部检测器得到了广泛应用,其在管道检测过程中的位置信息确定至关重要.当管道有缺陷或检测器有故障需要人工处理时,管道外的操作人员须知道检测器所处位置,而管道常用材质为金属且通常埋设在地下或海底,这使得传统有缆定位方式受到很大限制.因此对无缆化管道检测定位技术的研究具有重要意义¨.管道检测器中常用定位技术主要有计程轮定位,视觉传感器定位,曲率传感器定位,射线定位,静磁场方法定位等.其中计程轮定位方式综合定位精度一般比较低;视觉传感器定位大多针对特定的对象,目的进行研究;曲率传感器定位不适合工作于直线分布管道中的管道检测器定位;射线定位方式对操作人员的健康以及生态环境都构成威胁;静磁场方法定位技术容易受其它磁场源的干扰以及铁磁性材料退磁性能的影响.极低频电磁波定位技术采用23Hz的电磁波,其传播受地貌和磁暴影响较小,穿透金属,海水和大收稿日期:2007一l2—23.基金项目:国家科技支撑计划项目(2006BAK02B01-05).作者简介:高松巍(1956一),女,辽宁沈阳人,副教授,主要从事无损检测技术与数字信号处理等方面的研究第3期高松巍,等:基于极低频电磁渡的管道检测定位技术267地的能力强.但根据电磁波半波天线发射理论,天线的长度将达到几百万米,显然在实际应用中制造出如此长的发射天线不现实.为此本文研究了低频电磁波的磁场分布特性以及磁偶极子模型的磁场分布,建立了极低频电磁波的磁偶极子传输模型,提出了管道内部检测器管外检测的方法.与上述定位技术相比,该定位技术具有理论性强,应用范围广,定位精度高及无放射I生威胁等优点.1发射天线的磁场分布低频电磁波由于其频率较低,电磁波的辐射过程通过发射线圈的磁场变化来完成.极低频电磁波发射天线可以等效为一个有限长度的致密螺线管,以螺线管的中心为坐标原点,螺线管轴线方向为Z轴建立如图1所示的0一xyz直角坐标系.螺线管的长度为2z,半径为尺,电流为,线圈的匝数比为n.由于螺线管的磁场分布具有轴对称性, 因此,垂直于轴线平面并且与轴线距离相等场点上的磁场分布具有幅值大小相同,方向对称的特点,讨论xOz平面上场点的磁场分布即可以构建螺线管磁场的完整分布.图1螺线管磁场Fig.1Schematicsolenoidmagneticfield根据毕奥一萨伐尔定律,c(Rcos0,Rsin0,z)点处单位电流元,dL在场点A(X.,0,Z.)上的磁感应强度为d曰:丁IndzdLxr(1)叶1Tr式中,.为自由空间的磁导率.根据矢量计算规则和式(1),得到磁感应强度为衄:_lndzdLxr:4rrr,Indz(-RsinOdOi+Rcosodoj),,4rr[(Xo—Rcos)+(一Rsin)+(z0一z)][(Xo-Rcos0)i+(-Rsin0)j+(Zo-z)k](2)式中,0为场点c与X轴的夹角.由式(2)可知,d在,z方向上的分量d曰,分别为dB:~—oln—dz×el-(Zo—Z)Rcos0[R2Rcos0xo++(Zo—z)]dB:——-一×.#olndz4'ITR(R—XoCOS0)[R2Rcos0xo++(Z0一z)](3)0(4):出f_~……(Zo…-z)Rc…os0,d0=d(5)式中×[号一11(j对式(4)积分,得到B在z方向上的分量B:为az[=r_g(0)d04耵J一.式中(6)g()=×『三二【[R2Rcos0xo+2+(zo—Z)]三±1[R一2Rcos0xo++(Zo+1)]./j在实际工程应用中,需对式(5),(6)进行合理简化,使之既能反映出场点上磁感应强度的分布规律,又便于工程计算.2极低频电磁波定位方法2.1磁偶极子模型的建立磁偶极子是根据电磁对偶性派生出来的一种概念,即两个等量异号的点磁荷,当它们之间分开的距离较讨论中所涉及的距离(例如所考察的场点到它们之问的距离)较小时,这一对点磁荷成为磁偶极子,在工程上它是一个载有交变电流的小圆环等效模型.268沈阳工业大学第3l卷空间任一观察场点D至回路的距离远大于回路的几何尺寸,可以将螺线管产生的磁场等效为磁偶极子所产生的磁场.磁偶极子是由一对等量异号的点磁荷一q,+q组成的体系.由磁偶极子磁荷所产生的磁场如图2所示.图2磁偶极子的磁场图Fi昏2Magneticfieldofmagneticdipole取磁荷间的距离为螺线管长度2/,螺线管所等效的磁偶极矩为m=2nllS(7)磁荷的大小为::(8qrtl'lTK)石L正磁荷在场点D处的磁感应强度B在X,z方向上的分量分别为‰=I,Zo南(9)‰=Izo(10)负磁荷在场点D处的磁感应强度B在X,Z方向上的分量分别为‰,=tZo(11)‰=/Zo器)根据式(9),(1o)和式(11),(12),磁偶极子在场点(x,0,Z)上的磁感应强度B在X,Z方向上的分量为=nm4~mx[一](13)TnlR21xo【一】(14)发射天线简化为磁偶极子模型时,在某一个瞬间由发射线圈电流形成的磁场分布可以等效为由正负磁荷所形成的磁场.根据式(13),(14)所描述的发射天线的磁偶极子模型,可以对发射天线场点上的磁场强度分布进行定量分析.发射天线即螺线管的基本参数为:匝数比n=10匝/mm,长度21:200lllm,半径R=20ITlm,交变电流,=0.1sin(467rt)A.选取Y:0m,X=1m,o:4,rr×10..N?A～,计算出磁感应强度在X方向上的分量B随Z的变化情况,如图3所示.图3B随距离Z的变化情况Fig.3VarietyofBwithZ由图3可以看出,当Z处于零点附近时,磁感应强度在方向上的分量日幅值随z的增加而减小,方向与Z的方向相同.接收天线垂直于发射天线放置时,其接收的实际上是磁感应强度方向上的分量幅值随z的变化,如图4所示.从图4可知,磁感应强度在方向上的分量B幅值随Z的变化呈现双峰分布.如果能识别出中间的双峰信号,并寻找出双峰信号间极小值所在的点即为极低频电磁波发射源位置所在.图4IBI随距离z的变化情况Fig,4VarietyofIB1withZ2.2信号的接收及处理在管道内部检测器上安装极低频电磁波发射天线,接收装置通过接收天线能接收从管道内发射出来的极低频电磁波.极低频电磁波发射天线以平行第3期高松巍,等:基于极低频电磁波的管道检测定位技术269于管道轴线方向安装在管道内部检测器上,低频电磁波接收天线垂直于发射天线接收信号,定位过程3实验结果分析中,接收天线通过LC振荡电路接收发射天线方向磁场变化的幅值信号.定位磁场示意图如图5所示.1/O//1,金属管道\,--1/l一v/发射天线(0,o,o)图5定位磁场示意图Fig.5Schematicmagneticfieldwithlocalization随着接收天线与发射天线位置的改变,接收天线上信号强度也发生相应的变化,通过检测这种信号强度变化寻找双峰之间极小值点的位置(发射源位置),即可实现管道内部检测器位置的管外定位¨.依据上述方法中的基本参数制作发射天线,将其置于管壁厚度为10cm的金属管道中,管道两端密封,发射线圈电流的解析形式为,:0.1sin(46~rt)A,周围磁场为23Hz电磁波,发射天线静止,接收天线与发射天线的垂直距离保持1m不变,接收天线以20mm/s的速度运动.实验通过PMD1608FS数据采集卡采集接收天线的输出电压信号,接收天线实质为高品质的LC振荡电路检测发射天线场点上的磁场强度分布,因此,其实际检测的磁场强度的幅值,不能描述磁场强度分布的方向.接收天线输出电压与距离部分实验数据如表1所示.接收天线输出电压与距离的实验曲线如图6所示,图中横坐标为接收天线与发射天线间的轴线距离.从实测数据可知极低频电磁波电磁场的空间分布具有如下特点表1部分实验数据Tab.1Partialexperimentaldata1)当距离为0cm时,接收天线的输出电压均达到最小值;2)当距离在60cm附近时,接收天线的输出电压均达到最大值;3)多次测量具有很好的重复性,由以上数据可看出测量误差小,水平定位精度可控制在10'cm内. 对比磁偶极子场点的磁场强度变化的理论计算曲线(图4)和实测数据曲线(图6),磁偶极子模型磁场强度分布的理论计算能够再现极低频电磁波电磁场双峰,对称分布的规律,发射源位置与该最小值点对应的接收天线位置在同一条竖直轴向上.270沈阳工业大学第31卷1.5>1.0O.5O—l5O一1OO一5OO5010O距离/cm图6磁偶极子场点的磁场强度变化的实测曲线Fig.6Measuredcurveofmagneticfielddistribution改变管道材料,管道壁厚,管道内介质成分以及管道周围的环境,将对定位精度产生一定影响, 但该极低频电磁波定位方法仍然适用.4结论1)以电磁学理论为基础,分析了低频电磁波发射天线的磁场分布,将发射天线的磁场分布等效为磁偶极子的磁场分布,便于工程实现.2)得出磁偶极子模型传输规律:垂直方向磁感应强度的幅值随场点与磁偶极子轴线距离的改变呈现双峰变化的趋势.3)建立检测模型,提出了一种基于极低频电磁波磁偶极子模型的管道内部检测器的定位方法,找到双峰之间最小值点即可确定发射源的位置,该方法简单有效且定位精度高.参考文献(References):[1]焦其祥.电磁场与电磁波[M].北京:北京邮电大学出版社,2004.(JIAOQi—xiang.Electromagneticfieldandelectro? magnefcwave[M].Beijing:BeijingUniversityof PostsandTelecommunicationsPress,2004.)[2]杨理践,尹增亮,高松巍.组合导航系统在管道地理位置测量中的应用[J].沈阳工业大学,2006(4):414—417.(YANGLi~ian,YINZeng?liang,GAOSong—wei.Ap- plicationofintegratednavigationsystemforpipeline geographypositionmeasuring[J].JournalofSheny? angUniversityofTechnology,2006(4):414—417.) 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辐射监测的微弱电流测量I—V转换技术
辐 射 监测 的微 弱 电流 测 量 ＩＶ转换 技 术 —
Ａｎ Ｉ ｏ ｖ ｒ ｒｉ ｉｏ ｍｐ ｒ ｕ ｒ ｎ ａ ｕ ｅ － ｃ ｎ ｅｔ ｎ ｐｃ ａ Ｖ ｅ ｅ ｅ ｃ ｒｅ ｔｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｎ
魏 立乾 ， 雷升 杰２， 美华２， 志 勇２， 方 魏 徐 波２
１ 辐 射 测 量 技 术
１ １ 辐射 剂量 计 工作原 理 ． 辐射 场 的测量 探 测 器 主要 有 两 种 类 型 ， 种是 一
图 １ 电 离 室辐 射剂 量测 量 装 置
用 于剂 量测 量 的 探测 又 分 为 两 种工 作方 式 ， 一 种是微 分测 量 ， 外 一种 是 积 分 测 量 。积 分测 量 方 另
另外 一种 是 累积 测 量 探测 器 ， 时候 探 测 器 不 这
再 以脉 冲方 式工作 ， 而是 连 续 电流 信 号测 量 方 式 工 作 。脉 冲探 测 器 的 一 个 输 出 脉 冲 对 应 于 一 个 辐射
粒子 事件 ， 就 是 说 ， 一 个 辐 射 粒 子 进 入 脉 冲探 也 有
数 ； 每个 射入 灵敏 体积 的粒 子所 耗平 均 能 量 ； Ｅ为 Ｗ
Ｉ“＝一 （０ ）＋（ ｓ ／ ， 一 ０ Ａ一
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１
流 方式 的 电离 室 输 出 电流 Ｉ Ｎ ／ ， 中 ， ＝ｅ Ｅ Ｗ 其 ｅ为 电
子电荷； Ｎ为单位 时问内射入灵敏体积的辐射粒子
究 了Ｉ — Ｖ转换 电路 的特 点 ， 算 分析 Ｔ型 网络 的 Ｉ 计 ． Ｖ转换 采样 电路 的灵敏 度 。通过 Ｔ型 网络 ， 用 高稳 定输 选
高精度低功耗电流采样电路设计
高精度低功耗电流采样电路设计陈艳;沈放;杨凡【摘要】为了实现低功耗高精度电流检测,设计了一种基于运算放大器的具有对称结构的电阻采样结构,该结构不仅实现采样电压和采样电流的高线性度,而且能实现对微弱采样信号的可靠检测.设计的电路架构中包含5个电流-电压转换阶段,基于Hspice仿真,设计电路内部匹配电阻网络,以减小输入失调电压对采样的影响,拓展共模输入范围.该采样电路架构通过某0.35μm BCD工艺实现,版图面积仅为0.12 mm2,实测结果证明其工作电流小于1μA,采样电压检测精度高达5 mV,且具有高速响应能力.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2018(041)005【总页数】5页(P1211-1215)【关键词】微电子电路;电流采样;Hspice;高精度;低功耗【作者】陈艳;沈放;杨凡【作者单位】南昌大学科学技术学院,南昌330029;南昌大学科学技术学院,南昌330029;江西科技师范大学通信与电子学院,南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TN432电流采样电路在电源管理类芯片及系统中不可或缺[1-4],在各种开关变换器、电子产品适配器、功率放大器以及二次电源中均有广泛的应用。
然而,在如存储器、传感器等对功耗、精度、速度有严格要求的场合,传统检测方式的效果差强人意,难以满足日益严苛的应用需求。
如文献[5]中提到的在功率开关管旁并联采样管,基于比例采样的思路检测电流。
该检测方式虽简单易行,然而由于采样管和功率管的漏源级电压并不相同,因此沟道长度调制效应明显,同时由于采样管和功率管的个数比较大,所以难以在版图上实现良好匹配且后续电路仍需电流-电压转换电路。
因此,这种采样方式的检测精度较低且功耗较大。
文献[6-7]中提到的基于电阻采样的检测方式克服了采样精度较低的问题,然而由于采用常规比较器进行电压判别,因而难以实现低功耗应用。
本文立足于对现有检测机制的原理和不足的分析,提出一种具有超低待机功耗同时具有高采样精度的新型电流检测架构,如图1所示。
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的精密测量 ， 对于（ １ ～１ ０ ） Ａ的电流测量 ， 理论标准不确定度小于 ｌ×１ ０ ， 最高可达 到 １ ×１ ０ 一； 利用该测量 系统 对 目前 商用最
好 的微 电流源表进行初步测量 ， 其灵敏度远远高于源 的稳定性 ， 完全满足 目前 ｎ Ａ级 以上微弱电流精密测量要求 。 关键词 ： 低 温电流比较仪 ； ｄ ｃ — Ｓ Ｑ Ｕ Ｉ Ｄ； 量子化霍尔 电阻 ； 微弱 电流测量 ； 比例误差 中图分类号 ： Ｔ Ｂ ９ ７ １ 文献标识码 ： Ａ 国家标准学科分类代码 ： ５ １ ０ ． １ ０ ４ ５
木
为７ ． １ ｆ Ａ ／ Ｈ ｚ ， 比例误差小于 １ ０ 量级 ， 将该低温 电流 比 较仪应用于微弱 电流精密测量 ， 通过溯源 到量子化霍尔 电阻 的ｌ ｋ Ｑ 标
准电阻以及校准过的数字 电压 表对低温电流比较仪放大后的副边 电流进行测量 ， 进而构成微弱 电流精密测量系统 ， 实现微弱 电流
基 于 低 ｌ 皿 日 电流 比较 仪 的 微 弱 电流 精 密 测 量 技 术
鲁云峰 ， 赵建亭 ， 贺 青 ， 张钟华
（ １ ． 哈尔滨Ｔ业大学 电气 Ｔ程及 自动 化学 院 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １ ； ２ ． 中国计量科学研究 院 北京 １ ０ ０ ０ １ ３ ） 摘 要： 研制了基于 ｄ ｃ — ｓ ｑ ｕ ｉ ｄ （ ｄ — ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｕ ｍ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ） 的低温 电流 比较仪 ， 通过实验及分析 ， 其电流分辨率
ｔ ｅ ｒ ｗｅ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｉｅ ｆ ｄ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｓ ｉ ｄ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＣＣＣ． ｗｈｉ ｃ ｈ ｆ ｏ ｒ ｍｓ ａ ｌ ｏ ｗ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ａ ｓ — ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｖ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｌ Ｏ Ｗ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｕｎ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈｅ
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第３ ４卷 第 １ ２期 ２ ０ １ ３年 ｌ ２月
仪 器 仪 表 学 报
Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ．１ ２ Ｄｅ ｃ ．２ ０１ ３