TWI665865B - 使用偏壓切換電路補償前端偏移量之精密測量電路 - Google Patents
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Abstract
本發明係揭露一種精密測量電路,其特徵在於使用偏壓切換電路補償前端電路造成的偏移量,也可以同時消除後端放大器的偏移量。在實際的測量環境中,不僅測量電路中的放大器會有偏移量,測量輸入端和測量電路之間也有非理想效應,例如晶片封裝腳位的漏電流或者電路不匹配,這些屬於前端電路造成的偏移量,現有技術無法補償。本發明使用偏壓切換電路,在兩次測量時序中使用不同的切換方式做測量,再把兩次測量結果相減,即可同時補償前端腳位的漏電流以及消除後端放大器的偏移量。
Description
本發明關於一種高精密度測量電路,且特別是一種利用偏壓切換電路補償前端電路的偏移量,進而提高測量精密度的測量電路。
測量電壓或電流的電路廣泛應用在各種電子元件之中,通常是利用低雜訊放大器和類比數位轉換器,把電壓或電流轉換成數位輸出,但是測量電路中存在一些非理想效應,例如元件的漏電流,以及低雜訊放大器和類比數位轉換器的偏移量,都會影響測量的精確度。
台灣專利第I543544號發明專利中,揭露了一種包含複數個電容器對以及複數個開關的架構,並且利用切換開關轉移電荷的操作方法消除放大器的增益誤差。
如第1圖所示,美國專利第US9,912,309號發明專利中,在放大器的前端連接截波器,差動輸入信號可以直接連接或者互換連接至後端的放大器,並且分別做兩次測量,兩次測量的結果相減即可消除放大器的偏移量。
美國專利公開案號第US20180301174號發明專利申請案中,揭露了偵測電流的放大電路架構,其中待偵測的電流通過電阻,該電阻另一端連接至固定電壓源,該電阻兩端形成差動輸入電壓,再用截波器做切換,
可以直接連接或者互換連接至後端的放大器,並且分別做兩次測量,兩次測量的結果相減即可消除放大器造成的偏移量。
此外,第2圖繪示了另一習知具有前端偏移量與放大器偏移量之測量電路架構,其中藉由截波器702消除放大器偏移量703,卻無法補償截波器702前端的靜電保護電路701產生的漏電流。上述之現有技術,效用皆在於消除放大器偏移量,皆屬於開關電路或者截波器後端的偏移量,但是在實際的測量環境中,測量輸入端和晶片內部之間的電路也有非理想效應,例如晶片的封裝腳位如果有漏電流或者差動兩端電路不匹配也會造成偏移,上述屬於開關電路或者截波器前端的偏移量,現有技術並不能消除。
本發明提供一種使用切換電路補償前端偏移量之精密測量電路。該精密測量電路包含一測量輸入端、一放大器以及兩個開關,其中該測量輸入端包含一測量輸入正端及一測量輸入負端,而該測量輸入正端與該測量輸入負端之間存在一待測電流。該放大器輸入正端透過正端腳位連接至測量輸入正端,該放大器輸入負端透過負端腳位連接至測量輸入負端,並且根據放大器輸入正端以及放大器輸入負端之電壓差產生一輸出信號。該第一開關連接於該放大器輸入正端以及一參考電壓之間,該第二開關連接於該放大器輸入負端以及一參考電壓之間。
上述之精密測量電路的操作方式分為兩個時序;第一時序導通第一開關,關閉第二開關,讓放大器輸入正端連接至參考電壓,此時放大器輸入正端之電壓等於參考電壓(VREF),放大器輸入負端之電壓等於參考電壓(VREF)扣掉「待測電流(IS)減掉負端腳位漏電流(IL2)乘以輸入阻抗(RS)」的電壓值,數學式
為「VREF-((IS-IL2)*RS)」,放大器輸入正端和放大器輸入負端的電壓差為「(IS-IL2)*RS」;第二時序導通第二開關,關閉第一開關,讓放大器輸入負端連接至參考電壓,此時放大器輸入負端之電壓等於參考電壓(VREF),放大器輸入正端之電壓等於參考電壓(VREF)加上「待測電流(IS)加上正端腳位漏電流(IL1)乘以輸入阻抗(RS)」的電壓值,數學式為「VREF+((IS+IL1)*RS)」,放大器輸入正端和放大器輸入負端的電壓差為「(IS+IL1)*RS」。設放大器的增益為K,這兩個時序產生的輸出電壓相加再除以2的數值為「K*(IS+((IL1-IL2)/2))*RS」,這樣正端腳位漏電流(IL1)和負端腳位漏電流(IL2)產生相減補償的效果。
上述之操作方法,補償屬於開關電路前端的偏移量,解決了習知技術無法處理的問題。如果正端腳位漏電流(IL1)和負端腳位漏電流(IL2)完全匹配相等,就可以完全抵銷掉前端的偏移量,如果沒有完全匹配,也有部分抵銷的效果。
上述之操作方法,輸入阻抗(RS)越高對於漏電流(IL1和IL2)補償的效果越好,原因是在第一時序導通第一開關時,正端腳位漏電流(IL1)流向參考電壓源而不流過輸入阻抗(RS)是最理想的情況,而輸入阻抗(RS)越高越符合該理想狀況。在第二時序導通第二開關時,負端腳位漏電流(IL2)流向參考電壓源而不流過輸入阻抗(RS)是最理想的情況,而輸入阻抗(RS)越高越符合該理想狀況。因此輸入阻抗(RS)越高對於漏電流(IL1和IL2)補償的效果越好。
上述之精密測量電路與操作方法,對於前端腳位的漏電流有補償效果,但是並未消除放大器的偏移量。只要調整開關的連接方式,即可同時補償前端腳位的漏電流以及消除後端放大器的偏移量。
本發明提供另一種使用切換電路補償前端偏移量之精密測量電路。該精密測量電路包含一測量輸入端、一放大器以及六個開關。其中該測量
輸入端包含一測量輸入正端及一測量輸入負端,而該測量輸入正端與該測量輸入負端之間存在一待測電流。該放大器根據放大器輸入正端以及放大器輸入負端之電壓差產生一輸出信號;第一開關與第二開關之其中一端共同連接至一參考電壓,另一端分別透過正端腳位與負端腳位分別連接至測量輸入正端及測量輸入負端;第三開關連接於正端腳位以及放大器輸入正端之間;第四開關連接於正端腳位以及放大器輸入負端之間;第五開關連接於負端腳位以及放大器輸入正端之間;第六開關連接於負端腳位以及放大器輸入負端之間。
上述之精密測量電路的操作方式分為兩個時序;第一時序導通第一開關、第三開關以及第六開關,關閉第二開關、第四開關以及第五開關,讓正端腳位、放大器輸入正端以及參考電壓互相連接,同時負端腳位以及放大器輸入負端也互相連接,此時放大器輸入正端之電壓等於參考電壓(VREF)加上放大器的偏移電壓(VOS),數學式為「VREF+VOS」,放大器輸入負端之電壓等於參考電壓(VREF)扣掉「待測電流(IS)減掉負端腳位漏電流(IL2)再乘以輸入阻抗(RS)」的電壓值,數學式為「VREF-((IS-IL2)*RS)」,這樣放大器輸入正端和放大器輸入負端的電壓差為「VOS+(IS-IL2)*RS」;第二時序導通第二開關、第四開關以及第五開關,關閉第一開關、第三開關以及第六開關,讓負端腳位、放大器輸入正端以及參考電壓互相連接,同時正端腳位以及放大器輸入負端也互相連接,此時放大器輸入正端之電壓等於參考電壓(VREF)加上放大器的偏移電壓(VOS),數學式為「VREF+VOS」,放大器輸入負端之電壓等於參考電壓(VREF)加上「待測電流(IS)加上正端腳位漏電流(IL1)再乘以輸入阻抗(RS)」的電壓值,數學式為「VREF+((IS+IL1)*RS)」,這樣放大器輸入正端和放大器輸入負端的電壓差為「VOS-(IS+IL1)*RS」。設放大器的增益為K,這兩個時序產生的輸出電壓相減再除以2的數值為「K*(IS+((IL1-IL2)/2))*RS」,這樣正端腳位漏電流(IL1)和負端
腳位漏電流(IL2)產生相減補償的效果,同時也完全消除放大器偏移電壓(VOS)的誤差。
本發明提供另一種使用切換電路補償前端偏移量之精密測量電路。該精密測量電路包含一測量輸入端、一放大器以及四個開關。其中該測量輸入端包含一測量輸入正端及一測量輸入負端,而該測量輸入正端與該測量輸入負端之間存在一待測電流。該放大器根據放大器輸入正端以及放大器輸入負端之電壓差產生一輸出信號;一參考電壓直接連接於放大器輸入正端或放大器輸入負端;第一開關連接於正端腳位以及放大器輸入正端之間;第二開關連接於正端腳位以及放大器輸入負端之間;第三開關連接於負端腳位以及放大器輸入正端之間;第四開關連接於負端腳位以及放大器輸入負端之間。其中正端腳位以及負端腳位用於分別連接至測量輸入正端及測量輸入負端。
上述之精密測量電路的操作方式分為兩個時序;參考電壓在這兩個時序中,皆固定連接於放大器輸入正端或放大器輸入負端;第一時序導通第一開關以及第四開關,關閉第二開關以及第三開關,讓正端腳位以及放大器輸入正端互相連接,同時負端腳位以及放大器輸入負端也互相連接,以參考電壓連接到放大器輸入正端的狀況來推算,放大器輸入正端和放大器輸入負端的電壓差為「VOS+(IS-IL2)*RS」;第二時序導通第二開關以及第三開關,關閉第一開關以及第四開關,讓正端腳位以及放大器輸入負端互相連接,同時負端腳位以及放大器輸入正端也互相連接,以參考電壓連接到放大器輸入正端的狀況來推算,放大器輸入正端和放大器輸入負端的電壓差為「VOS-(IS+IL1)*RS」。設放大器的增益為K,這兩個時序產生的輸出電壓相減再除以2的數值為「K*(IS+((IL1-IL2)/2))*RS」,這樣正端腳位漏電流(IL1)和負端腳位漏電流(IL2)產生相減補償的效果,同時也完全抵銷放大器偏移電壓(VOS)的誤差。
上述之多種精密測量電路,其中放大器輸出端之電壓等於放大器輸入正端和放大器輸入負端之電壓差再乘上一增益(K),數學式為「VOUT+=K*(VIN+-VIN-)」;放大器也可以更包含一放大器輸出負端,放大器輸出端和放大器輸出負端之電壓差等於放大器輸入正端和放大器輸入負端之電壓差再乘上一增益(K),數學式為「VOUT+-VOUT-=K*(VIN+-VIN-)」。
本發明提供另一種使用切換電路補償前端偏移量之精密測量電路。該精密測量電路包含一測量輸入端、一放大器以及四個開關。其中該測量輸入端包含一測量輸入正端及一測量輸入負端,而該測量輸入正端與該測量輸入負端之間存在一待測電流。該放大器係根據放大器輸入正端之電壓產生一輸出信號;第一開關連接於正端腳位以及放大器輸入正端之間;第二開關連接於正端腳位以及一參考電壓之間;第三開關連接於負端腳位以及放大器輸入正端之間;第四開關連接於負端腳位以及該參考電壓之間。其中正端腳位以及負端腳位用於分別連接至測量輸入正端及測量輸入負端。
上述之精密測量電路的操作方式分為兩個時序;第一時序導通第一開關以及第四開關,關閉第二開關以及第三開關,讓正端腳位連接至放大器輸入正端,負端腳位連接至參考電壓,這樣放大器輸入正端的電壓為「VREF+VOS+(IS+IL1)*RS」;第二時序導通第二開關以及第三開關,關閉第一開關以及第四開關,讓正端腳位連接至參考電壓源,負端腳位連接至放大器輸入正端,這樣放大器輸入正端的電壓為「VREF+VOS-(IS-IL2)*RS」。設放大器的增益為K,這兩個時序產生的輸出電壓相減再除以2的數值為「K*(IS+((IL1-IL2)/2))*RS」,這樣正端腳位漏電流(IL1)和負端腳位漏電流(IL2)產生相減補償的效果,同時也完全消除放大器的偏移電壓(VOS)的誤差。
上述之操作方法,如果正端腳位漏電流(IL1)和負端腳位漏電流(IL2)完全匹配相等,就可以完全抵銷掉前端的偏移量,如果沒有完全匹配,也有部分抵銷的效果。
上述之操作方法,輸入阻抗(RS)越高對於漏電流(IL1和IL2)補償的效果越好,原因描述如下。在第一時序導通第一開關時,正端腳位漏電流(IL1)流向參考電壓源而不流過輸入阻抗(RS)是最理想的情況,而輸入阻抗(RS)越高越符合該理想狀況。在第二時序導通第二開關時,負端腳位漏電流(IL2)流向參考電壓源而不流過輸入阻抗(RS)是最理想的情況,而輸入阻抗(RS)越高越符合該理想狀況。因此輸入阻抗(RS)越高對於漏電流(IL1和IL2)補償的效果越好。
本段文字提取和編譯本發明的部分特色;其他特色將被描述於後續段落裏。它的目的是涵蓋包含於其後專利範圍的精神與範圍中,不同的潤飾與相似的安排方式。
10‧‧‧測量輸入端
101‧‧‧待測電流
102‧‧‧輸入阻抗
201‧‧‧正端腳位
202‧‧‧負端腳位
203‧‧‧正端腳位漏電流
204‧‧‧負端腳位漏電流
30‧‧‧參考電壓
401‧‧‧第一開關
402‧‧‧第二開關
403‧‧‧第三開關
404‧‧‧第四開關
405‧‧‧第五開關
406‧‧‧第六開關
50‧‧‧放大器
501‧‧‧放大器輸入正端
502‧‧‧放大器輸入負端
503‧‧‧放大器輸出端
504‧‧‧放大器偏移量
505‧‧‧放大器輸出負端
701‧‧‧靜電保護電路
702‧‧‧截波器
703‧‧‧放大器偏移量
第1圖繪示一習知利用截波器消除放大器偏移量之架構。
第2圖繪示一習知具有前端偏移量與放大器偏移量之測量電路架構。
第3圖依據本發明第一實施例,繪示一補償前端偏移量之切換電路架構。
第4A圖及第4B圖繪示第3圖之補償前端偏移量之切換電路的操作方法。
第5圖依據本發明第二實施例,繪示一補償前端偏移量與消除放大器偏移量之切換電路架構。
第6A圖及第6B圖繪示第5圖之補償前端偏移量與消除放大器偏移量之切換電路的操作方法。
第7A圖及第7B圖依據本發明第三實施例,繪示另一補償前端偏移量與消除放大器偏移量之切換電路架構。
第8A圖及第8B圖繪示第7B圖之補償前端偏移量與消除放大器偏移量之切換電路的操作方法。
第9圖依據本發明,繪示放大器之另一樣態。
第10圖依據本發明第四實施例,繪示另一補償前端偏移量與消除放大器偏移量之切換電路架構。
第11A圖及第11B圖繪示第10圖之補償前端偏移量與消除放大器偏移量之切換電路的操作方法。
本發明將參照下述實施例而更明確地描述。請注意本發明的實施例的以下描述,僅止於描述用途;這不意味為本發明已詳盡的描述或限制於該揭露之形式。
本發明之第一實施例請參閱第3圖,其顯示一種使用切換電路補償前端偏移量之精密測量電路。該精密測量電路包含一放大器50以及兩個開關,其中第一開關401之一端連接至放大器輸入正端501,另一端連接至一參考電壓30,第二開關402之一端連接至放大器輸入負端502,另一端連接至該參考電壓30;放大器輸入正端501與放大器輸入負端502分別透過晶片之正端腳位201以及負端腳位202連接至測量輸入端10。
上述之精密測量電路的操作方式分為兩個時序;第一時序導通第一開關401,關閉第二開關402,讓放大器輸入正端501連接至參考電壓30,等效電路圖如第4A圖。此時放大器輸入正端501的電壓等於參考電壓30(VREF),放大器輸入負端502的電壓等於參考電壓30(VREF)扣掉「待測電流101(IS)減掉負端腳位漏電流204(IL2)乘以輸入阻抗102(RS)」的電壓值,數學式為「VREF-((IS-IL2)*RS)」,放大器輸入正端501和放大器輸入負端502的電壓差為「(IS-IL2)*RS」;第二時序導通第二開關402,關閉第一開關401,讓放大器輸入負端502連接至參考電壓30,等效電路圖如第4B圖。此時放大器輸入負端502的電壓等於參考電壓30(VREF),放大器輸入正端501之電壓等於參考電壓30(VREF)加上「待測電流101(IS)加上正端腳位漏電流203(IL1)乘以輸入阻抗102(RS)」的電壓值,數學式為「VREF+((IS+IL1)*RS)」,放大器輸入正端501和放大器輸入負端502的電壓差為「(IS+IL1)*RS」。設放大器50的增益為K,第4A圖由放大器輸出端503所輸出的輸出電壓VOUT1如下:VOUT1=K*(V+-V-)=K*(VREF-(VREF-(IS-IL2)*RS))=K*(IS-IL2)*RS
第4B圖由放大器輸出端503所輸出的輸出電壓VOUT2如下:VOUT2=K*(V+-V-)=K*((VREF+(IS+IL1)*RS)-VREF)=K*(IS+IL1)*RS
這兩個時序產生的輸出電壓VOUT1及VOUT2相加再除以2的數值為「K*(IS+((IL1-IL2)/2))*RS」,讓正端腳位漏電流203(IL1)和負端腳位漏電流204(IL2)產生相減補償的效果。
上述之操作方法,輸入阻抗102(RS)越高對於漏電流(IL1和IL2)補償的效果越好,原因是在第一時序導通第一開關401時,正端腳位漏電流203(IL1)
流向參考電壓30而不流入輸入阻抗102(RS)是最理想的情況,而提高輸入阻抗102(RS)的電阻值會讓正端腳位漏電流203(IL1)越不容易流入輸入阻抗102(RS),越符合該理想狀況。在第二時序導通第二開關402時,負端腳位漏電流204(IL2)流向參考電壓30而不流過輸入阻抗102(RS)是最理想的情況,同理輸入阻抗102(RS)之電阻值越高越符合該理想狀況。因此輸入阻抗102(RS)越高對於漏電流(IL1和IL2)補償的效果越好。
上述之精密測量電路與操作方法,對於正端腳位漏電流203(IL1)和負端腳位漏電流204(IL2)有補償效果,但是並未消除放大器50的偏移量。只要調整開關的連接方式,即可同時補償前端腳位的漏電流以及消除後端放大器的偏移量。
本發明之第二實施例請參閱第5圖,其顯示一種補償前端偏移量與消除放大器偏移量之切換電路架構。該精密測量電路包含一放大器50以及六個開關。其中第一開關401連接於一參考電壓30以及正端腳位201之間;第二開關402連接於該參考電壓30以及負端腳位202之間;第三開關403連接於正端腳位201以及放大器輸入正端501之間;第四開關404連接於正端腳位201以及放大器輸入負端502之間;第五開關405連接於負端腳位202以及放大器輸入正端501之間;第六開關406連接於負端腳位202以及放大器輸入負端502之間。
上述之精密測量電路的操作方式分為兩個時序;第一時序導通第一開關401、第三開關403以及第六開關406,關閉第二開關402、第四開關404以及第五開關405,讓參考電壓30、正端腳位201以及放大器輸入正端501互相連接,同時負端腳位202以及放大器輸入負端502也互相連接,等效電路圖如第6A圖。此時放大器輸入正端501之電壓等於參考電壓30(VREF)加上放大器偏移電壓504(VOS),數學式為「VREF+VOS」,放大器輸入負端502之電壓,等於參考電壓
30(VREF)扣掉「待測電流101(IS)減掉負端腳位漏電流204(IL2)再乘以輸入阻抗102(RS)」,數學式為「VREF-((IS-IL2)*RS)」,這樣放大器輸入正端501和放大器輸入負端502的電壓差為「VOS+(IS-IL2)*RS」;第二時序導通第二開關402、第四開關404以及第五開關405,關閉第一開關401、第三開關403以及第六開關406,讓參考電壓30、負端腳位202以及放大器輸入正端501互相連接,同時正端腳位201以及放大器輸入負端502也互相連接,等效電路圖如第6B圖。此時放大器輸入正端501之電壓等於參考電壓30(VREF)加上放大器的偏移電壓504(VOS),數學式為「VREF+VOS」,放大器輸入負端502之電壓等於參考電壓30(VREF)加上「待測電流101(IS)加上正端腳位漏電流203(IL1)再乘以輸入阻抗102(RS)」,數學式為「VREF+((IS+IL1)*RS)」,這樣放大器輸入正端501和放大器輸入負端502的電壓差的數學式為「VOS-(IS-IL1)*RS」。設放大器50的增益為K,第6A圖由放大器輸出端503所輸出的輸出電壓VOUT1如下:VOUT1=K*(V+-V-)=K*((VREF+VOS)-(VREF-(IS-IL2)*RS))
第6B圖由放大器輸出端503所輸出的輸出電壓VOUT2如下:VOUT2=K*(V+-V-)=K*((VREF+VOS)-(VREF+(IS+IL1)*RS))
這兩個時序產生的輸出電壓VOUT1及VOUT2相減再除以2的數值為「K*(IS+((IL1-IL2)/2))*RS」,這樣正端腳位漏電流203(IL1)和負端腳位漏電流204(IL2)產生相減補償的效果,同時也完全抵銷放大器的偏移電壓504(VOS)的誤差。
本發明之第三實施例請參閱第7圖,其顯示另一種補償前端偏移量與消除放大器偏移量之切換電路架構。該精密測量電路包含一放大器50以
及四個開關,其中第一開關401連接於正端腳位201以及放大器輸入正端501之間;第二開關402連接於正端腳位201以及放大器輸入負端502之間;第三開關403連接於負端腳位202以及放大器輸入正端501之間;第四開關404連接於負端腳位202以及放大器輸入負端502之間。其中一參考電壓30直接連接於放大器輸入正端501(如第7A圖所示)或放大器輸入負端502(如第7B圖所示),正端腳位201以及負端腳位202用於連接至測量輸入端10。
上述之精密測量電路的操作方式分為兩個時序,用第8圖來說明。在第8圖中,參考電壓30在這兩個時序中皆固定連接至放大器輸入負端502。第一時序導通第一開關401以及第四開關404,關閉第二開關402以及第三開關403,讓正端腳位201以及放大器輸入正端501互相連接,同時負端腳位202以及放大器輸入負端502也互相連接,等效電路圖如第8A圖。這樣放大器輸入正端501和放大器輸入負端502的電壓差為放大器的偏移電壓(VOS)加上「待測電流101(IS)加上正端腳位漏電流203(IL1)再乘以輸入阻抗102(RS)」的電壓值,數學式為「VOS+(IS+IL1)*RS」。第二時序導通第二開關以及第三開關,關閉第一開關以及第四開關,讓正端腳位以及放大器輸入負端互相連接,同時負端腳位以及放大器輸入正端也互相連接,等效電路圖如第8B圖。這樣放大器輸入正端501和放大器輸入負端502的電壓差為放大器偏移電壓504(VOS)扣掉「待測電流101(IS)扣掉負端腳位漏電流204(IL2)再乘以輸入阻抗102(RS)」的電壓值,數學式為「VOS-(IS-IL2)*RS」。設放大器的增益為K,第8A圖由放大器輸出端503所輸出的輸出電壓VOUT1如下:VOUT1=K*(V+-V-)=K*(VOS+(IS+IL1)*RS)
第8B圖由放大器輸出端503所輸出的輸出電壓VOUT2如下:
VOUT2=K*(V+-V-)=K*(VOS-(IS-IL2)*RS)
這兩個時序的輸出電壓VOUT1及VOUT2相減再除以2的數值為「K*(IS+((IL1-IL2)/2))*RS」,這樣正端腳位漏電流203(IL1)和負端腳位漏電流204(IL2)產生相減補償的效果,同時也完全抵銷放大器偏移電壓504(VOS)的誤差。
本發明之第四實施例請參閱第10圖,其顯示另一種補償前端偏移量與消除放大器偏移量之切換電路架構。該精密測量電路包含一放大器50以及四個開關。其中該放大器50係根據放大器輸入正端501之電壓產生一輸出信號;第一開關401連接於正端腳位201以及放大器輸入正端501之間;第二開關402連接於正端腳位201以及一參考電壓30之間;第三開關403連接於負端腳位202以及放大器輸入正端501之間;第四開關404連接於負端腳位202以及該參考電壓30之間。其中正端腳位201以及負端腳位202用於連接至測量輸入端。
上述之精密測量電路的操作方式分為兩個時序。第一時序導通第一開關401以及第四開關404,關閉第二開關402以及第三開關403,讓正端腳位201連接至放大器輸入正端501,負端腳位202連接至參考電壓30,等效電路圖如第11A圖,這樣放大器輸入正端501的電壓為「VREF+VOS+(IS+IL1)*RS」。第二時序導通第二開關402以及第三開關403,關閉第一開關401以及第四開關404,讓正端腳位201連接至參考電壓30,負端腳位202連接至放大器輸入正端501,等效電路圖如第11B圖,這樣放大器輸入正端501的電壓為「VREF+VOS-(IS-IL2)*RS」。設放大器的增益為K,第11A圖由放大器輸出端503所輸出的輸出電壓VOUT1如下:VOUT1=K*(VIN)=K*(VREF+(IS+IL1)*RS))
第11B圖由放大器輸出端503所輸出的輸出電壓VOUT2如下:
VOUT2=K*(VIN)=K*(VREF-(IS-IL2)*RS))
這兩個時序產生的輸出電壓VOUT1及VOUT2相減再除以2的數值為「K*(IS+((IL1-IL2)/2))*RS」,這樣正端腳位漏電流203(IL1)和負端腳位漏電流204(IL2)產生相減補償的效果,同時也完全消除放大器偏移電壓504(VOS)的誤差。
根據本發明,放大器輸出端之電壓等於放大器輸入正端501和放大器輸入負端502之電壓差再乘上一增益(K),數學式為「VOUT+=K*(VIN+-VIN-)」。此外,請參見第9圖,放大器50亦可進一步包含一放大器輸出負端505,放大器輸出端503和放大器輸出負端505之電壓差等於放大器輸入正端501和放大器輸入負端502之電壓差再乘上一增益(K),數學式為「VOUT+-VOUT-=K*(VIN+-VIN-)」。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (11)
- 一種用於測量電流之精密測量電路,包含:一測量輸入端,包含一測量輸入正端及一測量輸入負端,其中該測量輸入正端與該測量輸入負端之間存在一待測電流;一放大器,其中該放大器輸入正端透過正端腳位連接至該測量輸入正端,該放大器輸入負端透過負端腳位連接至該測量輸入負端,並且根據放大器輸入正端以及放大器輸入負端之電壓差產生一輸出信號;一第一開關,連接於該放大器輸入正端以及一參考電壓之間;以及一第二開關,連接於該放大器輸入負端以及該參考電壓之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之精密測量電路,其中該些開關之控制方法包含:一第一時序,導通該第一開關,關閉該第二開關,讓放大器輸入正端連接至參考電壓;以及一第二時序,導通該第二開關,關閉該第一開關,讓放大器輸入負端連接至參考電壓;把第一時序和第二時序產生的輸出電壓相加,即可補償前端電路的偏移量。
- 一種用於測量電流之精密測量電路,包含:一測量輸入端,包含一測量輸入正端及一測量輸入負端,其中該測量輸入正端與該測量輸入負端之間存在一待測電流;一放大器,係根據放大器輸入正端以及放大器輸入負端之電壓差產生一輸出信號;一第一開關以及一第二開關,該第一開關與該第二開關之其中一端共同連接至一參考電壓,另一端分別透過正端腳位與負端腳位分別連接至該測量輸入正端及該測量輸入負端;一第三開關,連接於正端腳位與放大器輸入正端之間;一第四開關,連接於正端腳位與放大器輸入負端之間;一第五開關,連接於負端腳位與放大器輸入正端之間;以及一第六開關,連接於負端腳位與放大器輸入負端之間。
- 如申請專利範圍第3項所述之精密測量電路,其中該些開關之控制方法包含:一第一時序,導通該第一開關,該第三開關以及該第六開關,關閉該第二開關,該第四開關以及該第五開關,讓正端腳位、放大器輸入正端以及參考電壓互相連接,同時負端腳位以及放大器輸入負端也互相連接;以及一第二時序,導通該第二開關,該第四開關以及該第五開關,關閉該第一開關,該第三開關以及該第六開關,讓正端腳位以及放大器輸入負端互相連接,同時負端腳位、放大器輸入正端以及參考電壓也互相連接;把第一時序和第二時序產生的輸出電壓相減,即可同時補償前端電路的偏移量以及放大器的偏移量。
- 一種用於測量電流之精密測量電路,包含:一測量輸入端,包含一測量輸入正端及一測量輸入負端,其中該測量輸入正端與該測量輸入負端之間存在一待測電流;一放大器,係根據放大器輸入正端以及放大器輸入負端之電壓差產生一輸出信號;一參考電壓,係直接連接至該放大器輸入正端或者該放大器輸入負端;一第一開關,連接於正端腳位與放大器輸入正端之間;一第二開關,連接於正端腳位與放大器輸入負端之間;一第三開關,連接於負端腳位與放大器輸入正端之間;以及一第四開關,連接於負端腳位與放大器輸入負端之間;其中正端腳位以及負端腳位用於分別連接至該測量輸入正端及該測量輸入負端。
- 如申請專利範圍第5項所述之精密測量電路,其中該些開關之控制方法包含:一第一時序,導通該第一開關以及該第四開關,關閉該第二開關以及該第三開關,讓正端腳位以及放大器輸入正端互相連接,同時負端腳位以及放大器輸入負端也互相連接;以及一第二時序,導通該第二開關以及該第三開關,關閉該第一開關以及該第四開關,讓正端腳位以及放大器輸入負端互相連接,同時負端腳位以及放大器輸入正端也互相連接;在第一時序以及第二時序中,參考電壓皆固定連接至放大器輸入正端或放大器輸入負端;把第一時序和第二時序產生的輸出電壓相減,即可同時補償前端電路的偏移量以及放大器的偏移量。
- 一種用於測量電流之精密測量電路,包含:一測量輸入端,包含一測量輸入正端及一測量輸入負端,其中該測量輸入正端與該測量輸入負端之間存在一待測電流;一放大器,係根據放大器輸入正端之電壓產生一輸出信號;一第一開關,連接於正端腳位與放大器輸入正端之間;一第二開關,連接於正端腳位與一參考電壓之間;一第三開關,連接於負端腳位與放大器輸入正端之間;以及一第四開關,連接於負端腳位與參考電壓之間;其中正端腳位以及負端腳位用於分別連接至該測量輸入正端及該測量輸入負端。
- 如申請專利範圍第7項所述之精密測量電路,其中該些開關之控制方法包含:一第一時序,導通該第一開關以及該第四開關,關閉該第二開關以及該第三開關,讓正端腳位連接至放大器輸入正端,同時負端腳位連接至參考電壓;以及一第二時序,導通該第二開關以及該第三開關,關閉該第一開關以及該第四開關,讓正端腳位連接至參考電壓,同時負端腳位連接至放大器輸入正端;把第一時序和第二時序產生的輸出電壓相減,即可同時補償前端電路的偏移量以及放大器的偏移量。
- 如申請專利範圍第2項、第4項、第6項或第8項所述之精密測量電路,其中測量輸入端之輸入阻抗之電阻值越高,對於前端電路偏移量的補償效果越好。
- 如申請專利範圍第2項、第4項、第6項或第8項所述之精密測量電路,其中正端腳位漏電流和負端腳位漏電流的電流值越接近,補償效果越好。
- 如申請專利範圍第1項、第2項、第3項、第4項、第5項或第6項所述之精密測量電路,其中放大器更包含一放大器輸出負端,該放大器輸出端和該放大器輸出負端之電壓差等於該放大器輸入正端和該放大器輸入負端之電壓差再乘上一增益。
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