模拟电路动态电源电流信号测量方法综述

余坚铿，张超杰，吴杰长



模拟电路动态电源电流信号测量方法综述

余坚铿，张超杰，吴杰长

（海军工程大学动力工程学院 武汉 430033）

动态电源电流 模拟电路 测量电路 研究进展

0 引言

I测试的一个关键是准确高效地从供电回路中测取电流信号。I信号具有信号较弱、持续时间短、频谱范围广、频率特性与被测电路本身的固有频率特性存在很大差别的特点，因此测量难度较大。与I测试相比[4,5]，I测试采样速度和精度等方面要求更高；与数字电路[6,7]相比，模拟电路的I测试需要考虑信号的连续特性和电路的容差等问题[8]。

1 引入采样电阻的测量方法

1.1 采样电阻的选择

1）阻值

图1 测试原理图

2）精度

3）温度系数

1.2 基于自动调零放大电路的测量电路设计

图2所示的自动调零放大电路使用了两级组合放大器的架构，由一个主放大器A1和调零放大器A2构成。调零放大器的输入端与主放大器的输入端共用一个输入信号，而调零放大器的输出端接到了主放大器的调零输入端。主放大器的输入端始终接在测试信号的通路上起放大作用。调零放大器持续消除自身的失调电压，检测主放大器的失调电压并且对主放大器施加校正信号，实现对主放大器信号的持续校正。

图2 自动调零放大电路的基本原理

这种基于自动调零放大电路的测量电路设计在一些国外研究[12,13]中得到采用，并证实了其可行性。文献[12]介绍了一种宽带CMOS电路内置动态电流传感器，在进行传感器的设计时考虑了直流偏置校正，并采用自动调零放大电路来校正MOS偏置电压。通过连续不断地对传感器差分放大器的输出进行采样，并对主放大器的输入进行了负反馈校正，维持了零伏特的放大器输出。相同的设计理念也应用于文献[13]中，与低通滤波器一同使用，实现了动态偏置和失调电压控制，提高了电路精度。

1.3 基于仪表放大电路的测量电路设计

图3 仪表放大电路的基本原理

该仪表放大电路由两级差分放大器电路构成，这种设计有以下特点：

1）运算放大器A1、A2都接成比例运算电路形式，采用同相差分输入方式，这样可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减作用，在从信号源提取微弱信号时发挥了非常重要的功能。

2）电路采用对称形式，外围电阻采用高精密电阻，使得漂移、噪声、失调电压及失调电流等相互抵消，以提高电路的测试精度。

3）差分输入使测量电路只对差模信号（有用信号）放大，而对共模输入信号（干扰信号）只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即CMRR)得到提高。

1.4 基于电流镜的测量电路设计

图4 单路JBT电流镜

2 不引入采样电阻的测量方法

2.1 目的

2.2 可行性分析

图5 差分放大器监测电路

该测量电路提供了一种测量电路设计的新思路。但是，该文献没有提供实现这一电路的具体运放型号以及部件的参数。此外，造成该电路与之间的偏差的主要因素为运放的直流偏置，可以通过增加零点调零电路或斩波放大器等技术来最小化放大器的直流偏置。另外，在改善电路的抗噪性能上还有较大的提升空间。

3 发展趋势

4 结论

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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

国家自然科学基金（51509255）

余坚铿（1993-），男，在读研究生，研究方向：舰船自动化与仿真技术。E-mail：454175938@qq.com。