多通道精密直流電壓源的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了多通道精密直流電壓源，其中主控制器與鍵盤、液晶屏、通訊接口、擴展接口A連接；擴展接口A與擴展接口B連接；開關(guān)電源與主控制器、液晶屏、擴展接口A、子控制器、互感扼流圈的輸入端連接；子控制器與互感扼流圈的輸入端、輸出同步接口、擴展接口B連接；互感扼流圈的輸出端與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字端、線性電源A連接；線性電源A分別與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字端連接；線性電源B分別與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的模擬端、參考電壓電路連接；參考電壓電路分別與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的模擬端連接；輸入電壓控制模塊與開關(guān)電源、線性電源A、線性電源B連接。本實用新型適于對通道數(shù)和精確度要求較高的科研領(lǐng)域或工業(yè)生產(chǎn)測試。
【專利說明】多通道精密直流電壓源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于穩(wěn)壓電源【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種多通道精密直流電壓源。

【背景技術(shù)】
[0002]精密電壓源是一種提供精確穩(wěn)定的直流電壓的設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于實驗室中及工業(yè)上。其最常見的用途是半導(dǎo)體測量和給MOS管提供柵極電壓。半導(dǎo)體測量需要得到精確的U-1曲線，而普通的直流電源由于分辨率太低而很難滿足要求。工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常需要給MOS管提供不同的柵極電壓來改變其導(dǎo)通電阻，為了實現(xiàn)導(dǎo)通電阻的連續(xù)可調(diào)性，就需要一組連續(xù)可調(diào)的電壓，精密電壓源由于其高分辨率和可編程控制的特性能很好得滿足要求。
[0003]隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學研究的不斷深入，高精度電壓源的分辨率和穩(wěn)定性也面臨越來越高的要求，例如一些高級半導(dǎo)體性能測試就要求分辨率達到100 μ V以內(nèi)，同時要求抖動不超過40 μ V，并且希望通道數(shù)盡可能多；隨著科技進步，此趨勢正在逐漸加劇。由于現(xiàn)有的精密電壓源分辨率太低，或者通道數(shù)較少，目前的解決方案大多是采用多臺電壓源組合的方式來處理，必然提高成本和降低測試效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多通道精密直流電壓源。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:多通道精密直流電壓源，包括主控模塊、轉(zhuǎn)換模塊和輸入電源控制模塊；主控模塊包括開關(guān)電源、主控制器、鍵盤、液晶屏、通訊接口和擴展接口 A ;轉(zhuǎn)換模塊包括線性電源Α、線性電源B、子控制器、互感扼流圈、多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、參考電壓電路、精密電壓輸出接口、輸出同步接口和擴展接口 B ；
[0006]主控制器與鍵盤、液晶屏、通訊接口、擴展接口 A連接；
[0007]擴展接口 A與擴展接口 B連接；
[0008]開關(guān)電源與主控制器、液晶屏、擴展接口 Α、子控制器、互感扼流圈的輸入端連接；
[0009]子控制器與互感扼流圈的輸入端、輸出同步接口、擴展接口 B連接；
[0010]互感扼流圈的輸出端與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字端、線性電源A連接；
[0011]線性電源A分別與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字端連接；
[0012]線性電源B分別與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的模擬端、參考電壓電路連接；
[0013]參考電壓電路分別與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的模擬端連接；
[0014]輸入電壓控制模塊與開關(guān)電源、線性電源Α、線性電源B連接。
[0015]作為優(yōu)選，輸入電源控制模塊的輸入電壓為AC85V?264V/47?63Hz,輸入電源控制模塊的輸出包括兩組相互隔離的直流電壓輸出，且其輸出順序可控制。
[0016]作為優(yōu)選，通訊接口是GPIB、以太網(wǎng)口、USB2.0、RS232中的一種或多種。
[0017]作為優(yōu)選，轉(zhuǎn)換模塊可以通過擴展接口 B與擴展接口 A進行級聯(lián)，從而擴展通道數(shù)。
[0018]作為優(yōu)選，多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換包括高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器和緩沖電路，參考電壓電路輸出與高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采用開爾文四線連接，高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器模擬輸出后經(jīng)過一級運算放大器緩沖得到精準電壓輸出。
[0019]作為優(yōu)選，參考電壓電路為+/-1OV基準電壓源。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]采用多片高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)多通道輸出，并且數(shù)模轉(zhuǎn)換電路直接實現(xiàn)了 -10V-10V的精密電壓輸出，無須繁瑣的調(diào)理與濾波電路；采用互感扼流圈完全實現(xiàn)數(shù)模隔離，有效的解決了數(shù)字電路高速傳輸與模擬電路低噪聲要求的矛盾；多路高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換電路數(shù)字部分與模擬部分一點接地，避免從模擬部分回流，有效的解決了大數(shù)字電流對模擬電路的干擾；主控模塊和轉(zhuǎn)換模塊的帶有擴展接口，有利于用戶擴展通道數(shù)；用戶接口與通訊接口多種多樣，除了本地可調(diào)，還可以實現(xiàn)計算機遠程控制與自動化測試。因此本發(fā)明可被應(yīng)用于對通道數(shù)和精確度要求較高的科學研究領(lǐng)域或者工業(yè)生產(chǎn)測試中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0023]圖1是本發(fā)明多通道精密直流電壓源實施例的電路原理框圖。
[0024]圖2是本發(fā)明多通道精密直流電壓源實施例的精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路原理圖。
[0025]圖3是本發(fā)明多通道精密直流電壓源實施例的軟件流程圖。

【具體實施方式】
[0026]圖1是一種8通道精密直流電壓源，由主控模塊、轉(zhuǎn)換模塊和輸入電源控制模塊組成。
[0027]主控模塊由開關(guān)電源、主控制器、鍵盤、液晶屏、通訊接口和擴展接口 A組成。
[0028]轉(zhuǎn)換模塊由線性電源A、線性電源B、子控制器、互感扼流圈、多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換、參考電壓電路、精密電壓輸出接口、輸出同步接口和擴展接口 B組成。
[0029]主控制器與鍵盤、液晶屏、通訊接口、擴展接口 A連接。
[0030]開關(guān)電源與主控制器、液晶屏、擴展接口 A、子控制器、互感扼流圈的輸入端連接。
[0031]子控制器與互感扼流圈的輸入端、輸出同步接口、擴展接口 B連接。
[0032]擴展接口 A與擴展接口 B連接。
[0033]互感扼流圈輸出端分別與8路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字端、線性電源A連接。
[0034]線性電源A分別與8路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字端連接。
[0035]線性電源B分別與8路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的模擬端、參考電壓電路連接。
[0036]參考電壓電路與精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的模擬端連接。
[0037]輸入電源控制模塊與開關(guān)電源、線性電源A、線性電源B連接。
[0038]在上述電路中，主控制器和子控制器均采用STM32處理器。
[0039]擴展接口 A和擴展接口 B可以是普通排座，通過單排線連接。
[0040]線性電源采用低信噪比ADM7150電源芯片。
[0041]開關(guān)電源采用AMS1117電源芯片。
[0042]本實施例中，輸入電源控制模塊的輸入電壓為AC85?264V,輸出包括兩組穩(wěn)定直流輸出，并且控制上電順序。輸入電源控制模塊兩路輸出模擬電源+/-18V和數(shù)字電源5V，采用完全隔離的連接方式，模擬電源+18V在電壓板上經(jīng)過DC-DC電路后分為A+15V、AD+3.3V ；-18V經(jīng)過DC-DC電路后變?yōu)?15V。其中，+15V、-15V供給模擬器件；AD+3.3V供給DAC的數(shù)字部分以及互感扼流圈與DAC相連的一側(cè)。數(shù)字電源5V在電路板上經(jīng)過供電電路后分成+3.3V，供給數(shù)字電路部分。
[0043]主控模塊中的通訊接口，可以是GPIB、以太網(wǎng)口、USB2.0、RS232中的一種或多種。
[0044]液晶屏可以選擇IXD屏、電阻屏、電容屏中任一種。
[0045]本實施例采用8路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換并有8個通道的精密電壓輸出接口，通過擴展接口 A可以級聯(lián)2塊及以上轉(zhuǎn)換模塊，具有16通道或24通道或32通道精密電壓輸出接口。
[0046]具體精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖2所示，精密數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用20bits DAC1220集成電路。數(shù)模轉(zhuǎn)換器參考電壓采用開爾文四線接法，數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出經(jīng)過低噪聲運算放大器緩沖得到精密電壓輸出，高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度可達lppm。
[0047]互感扼流圈用于對主控器與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的電學隔離，包括但不限于對信號的隔離與對接地端的隔離。
[0048]由于本實施例主控模塊的通訊接口豐富，能夠?qū)崿F(xiàn)與計算機的通信和自動控制。在本實施例中，主控制器能夠接受上位機的指令和數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)換模塊完成相應(yīng)的操作，能夠?qū)崿F(xiàn)和計算機之間的通信及自動控制。
[0049]本實施例工作原理:
[0050]本實施例流程如圖3所示，本系統(tǒng)采用主從控制器協(xié)作，子控制器控制多路高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的方式完成一種多通道精密電壓源的設(shè)計。電壓信號是由用戶通過計算機或者鍵盤輸入讀寫電壓命令傳到主控制器，主控制器接收到用戶信息后經(jīng)過一級解碼更新IXD顯示，并傳輸?shù)阶涌刂破?，子控制器對發(fā)來的命令進行二級解碼并匹配的對應(yīng)的通道，將解碼后的數(shù)據(jù)和同步信號同時輸入到轉(zhuǎn)換模塊中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器直接輸出后，經(jīng)過一級運放緩沖獲得最終輸出。
[0051]以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.多通道精密直流電壓源，其特征在于:包括主控模塊、轉(zhuǎn)換模塊和輸入電源控制模塊；所述主控模塊包括開關(guān)電源、主控制器、鍵盤、液晶屏、通訊接口和擴展接口 A ;所述轉(zhuǎn)換模塊包括線性電源A、線性電源B、子控制器、互感扼流圈、多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、參考電壓電路、精密電壓輸出接口、輸出同步接口和擴展接口 B ； 所述主控制器與鍵盤、液晶屏、通訊接口、擴展接口 A連接； 所述擴展接口 A與擴展接口 B連接； 所述開關(guān)電源與主控制器、液晶屏、擴展接口 A、子控制器、互感扼流圈的輸入端連接； 所述子控制器與互感扼流圈的輸入端、輸出同步接口、擴展接口 B連接； 所述互感扼流圈的輸出端與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字端、線性電源A連接； 所述線性電源A分別與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字端連接； 所述線性電源B分別與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的模擬端、參考電壓電路連接； 所述參考電壓電路分別與多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的模擬端連接； 所述輸入電壓控制模塊與開關(guān)電源、線性電源A、線性電源B連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道精密直流電壓源，其特征在于:所述輸入電源控制模塊的輸入電壓為AC85V?264V/47?63Hz，輸入電源控制模塊的輸出包括兩組相互隔離的直流電壓輸出，且其輸出順序可控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道精密直流電壓源，其特征在于:所述通訊接口是GPIB、以太網(wǎng)口、USB2.0、RS232中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道精密直流電壓源，其特征在于:所述轉(zhuǎn)換模塊可以通過擴展接口 B與擴展接口 A進行級聯(lián)，從而擴展通道數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道精密直流電壓源，其特征在于:所述多路精密數(shù)模轉(zhuǎn)換包括高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器和緩沖電路，所述參考電壓電路輸出與高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采用開爾文四線連接，高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器模擬輸出后經(jīng)過一級運算放大器緩沖得到精準電壓輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道精密直流電壓源，其特征在于:所述參考電壓電路為+/-1OV基準電壓源。
【文檔編號】G01R1/28GK203949947SQ201420202307
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】湯玉美, 孫海星, 董寧, 唐世悅 申請人:合肥?？乒怆娍萍加邢薰?br>