CN212646965U

CN212646965U - 一种数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构

Info

Publication number: CN212646965U
Application number: CN202020019496.8U
Authority: CN
Inventors: 严王军; 赵双龙
Original assignee: Hangzhou Sdic Microelectronics Co ltd
Current assignee: Hangzhou Jinghua Microelectronics Co.,Ltd.
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2030-01-06

Abstract

本实用新型公开一种数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构，其包括：外部信号输入电路、内部电阻网络电路、基准信号输出电路和通道切换与ADC采集电路。首先利用基准电阻(R5和R6)和内部电阻网络的特定连接配置，而无需施加外部信号，即可实现对内部电阻网络所有阻值的校准；在此基础上仅需外部输入一个直流基准电压即可实现电压档测量校准。本实用新型电路结构显著简化外部辅助电路和校准流程，节省器件成本并提高量产校准效率。

Description

一种数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其是涉及一种数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构。

背景技术

数字万用表广泛应用于各大电力电子行业，属于电子测量技术领域，为了保证测量仪器本身的精度，必须要对数字万用表进行校准。目前普通的数字万用表设计的***电路复杂，校准需要操作人员手动切换待校准的万用表档位，根据档位手动切换万用表与校准源的连接线路，在校准源端手动输入各校准信号，再进行校准数据保存。整个校准过程复杂，工作量大，人为输入各校准点和信号测量处理容易出错。且数字万用表在本身硬件电路复杂的设计中会难以避免产生误差，其误差主要来源有：

1、芯片***电路中电阻的精度不够高，且存在一定的温漂；

2、测量芯片内部电路产生的误差；

3、硬件电路中存在的噪声及干扰；

4、人工在不同档位切换操作可能存在误操作等。

因此，如果没有对数字万用表设计过程中存在的误差进行处理就将其提供给客户使用会造成测量结果偏差很大，直接影响数字万用表的性能，更不能满足用户的测量需求。如何消除误差便成为数字万用设计的一个难点。除了对硬件电路进行改善之外，消除误差最有效的方法就是对数字万用表进行校准。校准是电子测量仪器从生产到使用中必不可少的步骤之一。其目的是通过与标准比较确定测量装置的示值。测量数据只有经过校准后再提供给用户才能保证其准确性和可靠性。随着数字万用表的发展和行业竞争的压力，越来越要求***硬件电路简单，校准方便，测量精度高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构。数字万用表设计一般***电路较为复杂，校准各档位比较麻烦，内置电阻网络实现单点校准电路结构克服传统数字万用表***电路复杂，校准麻烦等缺点。

为实现上述目的，本实用新型采用的电路设计包括：外部信号输入电路、内部电阻网络电路、基准信号输出电路和通道切换与ADC采集电路。

作为优选，所述外部信号输入电路包括高精度低温漂电阻R6、用于保护的 PTC R5和输入端口。作为优选，电阻校准将芯片产生的基准电压COM(1.2V) 通过开关K5连接到A2端口，A2端口连接到用于保护的PTC R5，R5连接到高精度低温漂电阻R6，R6连接到A1端口，A1连接到内部电阻网络中。

作为优选，所述内部电阻网络电路包括开关K1、K2、K3、K4和电阻R1、 R2、R3、R4。作为优选，A1端口信号通过K4开关连接到电阻R4，电阻R4依次连接电阻R3、R2和R1，R1电阻连接到开关K8。

作为优选，所述基准信号输出电路包括开关K8、运放OPA、K10、K9和 MUX1。作为优选，开关K8连接到开关K10到运放OPA的输出端，运放OPA 负输入端反馈到输出端，运放OPA正输入端连接到K9，K9连接到MUX1选择基准电压VDR20(0.75V)。

作为优选，所述通道切换与ADC采集电路包括MUX2和ADC。作为优选， VA点电压通过控制MUX2选择V1P和V1N到ADC输入端采集信号保存。外部高精度低温漂电阻信号通过COM和VA至V1P到ADC输入端采集信号保存，通过两次采集信号比例换算得到内部电阻(R1+R2+R3+R4)的实际阻值。内部其他各电阻可通过同样的比例测量方法计算得到实际阻值。作为优选，电压校准可通过外加直流100mV信号通过R5到A2端口，A2和COM到ADC输入端采集信号，通过mV档校准，其它电压档信号测量通过R6电阻到A1端口到各电阻网络，可通过电阻网络切换测试所有待测电压信号。

与现有的技术相比，本实用新型有以下优点，简化数字万用表的***电路，只需极少数元器件就可实现电阻和电压等测量功能。校准简便，只需校准一个 mV档就可实现电阻和电压等测量功能。测量精度高，所有测量计算都是比例测量，抵消***误差和芯片本身的失调等。降低厂家生产成本和提高生产效率。

附图说明

附图1是本实用新型提供的数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构的一种实施例结构图。

具体实施方式

为使本实用新型目的、实现方式和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型附图中的实施例展现的实现方式更加清楚、完整地描述，简述需要达到目的和在实现方式上所具备优点。

作为优选，所述实施例只为一种典型实施例，而非全部实施例。作为优选，本实用新型附图中的实施例组件和所述实现方式，当可以各种不同配置来布置和设计。因此，所述附图中提供的本实用新型实施例，并非旨在限制要求保护本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的优选实施例。基于本实用新型中所述实施例，本领域其他技术人员在没有得出创造性劳动成果前提下所获得的所有与本实施例类同的其他实施例，都属于本实用新型保护范围。

实施例：

如附图1所示，结合附图1说明数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构的工作原理。

芯片内部电阻串经常用到，从小到大依次命名为R1、R2、R3、R4。

且令：Res1＝R1；Res2＝R1+R2；Res3＝R1+R2+R3；Res4＝R1+R2+R3+R4；使用外部高精度低温漂电阻电阻R6来校准内部电阻。首先芯片基准电压 COM(1.2V)通过K5导通依次连接到A2、R5、R6、A1与K4连接电阻串R4～R1 到K8连接运放输出端，运放输入端选择VDR20(0.75V)。ADC先采集R6两端的电压信号保存ADC码值，ADC再切换通道采集RES4两端电压的信号保持 ADC码值。计算得到RES4的实际准确值，公式如下：

然后使用RES4来校准RES3，芯片基准电压COM(1.2V)通过K6导通连接 K4，K4连接到电阻串R4～R1到K8连接运放输出端，运放输入端选择 VDR20(0.75V)。ADC先采集RES4两端的电压信号保存ADC码值，ADC再切换通道采集RES3两端电压的信号保持ADC码值。计算得到RES3的实际准确值，公式如下：

同理，使用RES3来校准RES2，芯片基准电压COM(1.2V)通过K6导通连接K3，K3连接到电阻串R3～R1到K8连接运放输出端，运放输入端选择VDR20(0.75V)。ADC先采集RES3两端的电压信号保存ADC码值，ADC再切换通道采集RES2两端电压的信号保持ADC码值。计算得到RES2的实际准确值，公式如下：

同理，使用RES2来校准RES1，芯片基准电压COM(1.2V)通过K6导通连接K2，K2连接到电阻串R2及R1到K8连接运放输出端，运放输入端选择 VDR20(0.75V)。ADC先采集RES2两端的电压信号保存ADC码值，ADC再切换通道采集RES1两端电压的信号保持ADC码值。计算得到RES1的实际准确值，公式如下：

内部电阻网络都已校准完成后，如果测量不同的外部电阻，原理跟校准时方法类似，切换不同的电阻网络比例计算得到外部实际的电阻值。

电压校准只需外接一个直流的100mV信号通过R5到A2，ADC采集A2和 COM之间的信号得到一个ADC码值(ADC_校准)。测量mV(V_x)信号可根据以下公司：

测量其它电压档需要经过内部电阻网络计算得到，不同电压档使用的内部电阻不同，比如2V档是信号通过R6电阻和内部RES4分压在比例计算得到的，其它档位同理，测量交流信号也是同理，具体可根据公式如下：

在本实用新型实施例中，巧妙地运用了芯片内部的电阻网络实现了对数字万用表进行单点校准的原理，并且***电路简单，校准简便，抗干扰能力强，测量精度和测量可靠性提高(所有测量都是比例测量抵消***存在的误差)。同时降低厂家生产成本和提高生产效率。

Claims

1.一种数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构，其特征在于，包括：外部信号输入电路、内部电阻网络电路、基准信号输出电路和通道切换与ADC采集电路，所述外部信号输入电路包括高精度低温漂电阻R6和端口A1、用于保护的PTC电阻R5和输入端口A2；所述的内部电阻网络电路包括电阻R1、R2、R3、R4和开关K1、K2、K3、K4；所述基准信号输出电路包括运放OPA、开关K8、K9、K10和通道切换MUX1；所述的通道切换与ADC采集电路包括通道切换MUX2和模数转换器ADC。

2.根据权利要求1所述的一种数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构，其特征在于，芯片产生的基准电压COM通过开关K5连接至A2端口，A2端口连接电阻R5一端，电阻R5另一端连接电阻R6一端，电阻R6另一端与A1端口连接，A1另一端与内部电阻网络连接。

3.根据权利要求1所述的一种数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构，其特征在于，A1一端通过开关K4连接到电阻R4，电阻R4依次连接电阻R3、R2和R1，R1电阻与开关K8连接。

4.根据权利要求1所述的一种数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构，其特征在于，开关K8与开关K10连接，开关K10的另一端与运放OPA的输出端OPOUT连接；运放OPA的负输入端连接到开关K10与开关K8的公共端，运放OPA的正输入端连OPIN接到开关K9，开关K9的另一端与通道切换MUX1的输出端连接。

5.根据权利要求1所述的一种数字万用表内置电阻网络实现的单点校准电路结构，其特征在于，开关K4和电阻R4的公共端VA，电阻R3和电阻R4的公共端VB，电阻R2和电阻R3的公共端VC，电阻R1和电阻R2的公共端VD均与通道切换MUX2的输入端连接，通道切换MUX2的输出端V1P连接至ADC第一输入端；

电阻R1和开关K8的公共端V1N与ADC的第五输入端连接；

ADC的第二输入端与端口A1连接，ADC的第三输入端与端口A2连接，ADC的第四输入端与端口COM连接。