CN220137239U - 一种宽电压的信号源结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型旨在提供一种能够对电路输出的电压和电流可调，解决启动过程电压稳定时间长，电流跌落、电流过冲、电流纹波大的问题，提供稳定可靠的信号源的宽电压的信号源结构。本实用新型包括第一运算放大器、第二运算放大器，第一运算放大器接入参考电流和参考地，第二运算放大器接入输出开路电压端，第一运算放大器和第二运算放大器共同接入后端电压输出、后端电流输出，第一运算放大器接入第一运算放大器，第一运算放大器接入后端电压输出，第二运算放大器的输出端接入第二运算放大器，第二运算放大器经接地，第一运算放大器和第二运算放大器的输出端均接入前端电压输入。本实用新型应用于自动化测试的技术领域。

Description

一种宽电压的信号源结构

技术领域

本实用新型应用于自动化测试的技术领域,特别涉及一种宽电压的信号源结构。

背景技术

电学测试设备中需要电压源和电流源两种信号源，进行绝缘测试时，测试回路接入恒定的高压信号；进行导通测试时，测试回路接入恒定的电流信号，在进行硬件电路设计时，常规的做法是将电压和电流两种信号做成独立的电路模块，对测试系统的电压和电流信号进行单独控制。电压源模块由于有升压过程，为了保证输出电压上升阶段不出现大的尖峰脉冲，会在电压输出端口并联电容进行滤波。并联电容后，电压稳定时间更长，在追求测试效率的场景下并不合适。电流源模块采用通用的恒流芯片设计时，恒流芯片由于是集成工艺生产，芯片内的电路参数工程人员无法进行修改。需要多路不同电流的恒流源时，需要对恒流芯片选取不同的原件参数，增加设计成本。使用恒流源芯片设计的电流源电路，电流的纹波较大，进行毫欧级电阻测试时，会有较大误差。接入负载时，会出现电流跌落的情况。在进行连续测试时，电流在稳定前还会出现过冲现象。因此有必要提供一种能够对电路输出的电压和电流可调，解决启动过程电压稳定时间长，电流跌落、电流过冲、电流纹波大的问题，提供稳定可靠的信号源的宽电压的信号源结构。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种能够对电路输出的电压和电流可调，解决启动过程电压稳定时间长，电流跌落、电流过冲、电流纹波大的问题，提供稳定可靠的信号源的宽电压的信号源结构。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括第一运算放大器、第二运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端接入参考电流和参考地，所述第二运算放大器的同相输入端接入输出开路电压端，所述第一运算放大器的同相输入端和所述第二运算放大器的同相输入端共同接入后端电压输出、后端电流输出，所述第一运算放大器的输出端经第一电阻接入所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的反相输入端经第二电阻接入所述后端电压输出，所述第二运算放大器的输出端经第三电阻接入所述第二运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的反相输入端经第四电阻接地，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的输出端均接入前端电压输入。

由上述方案可见，所述宽电压的信号源结构可以将电压和电流控制同时集合在一个硬件模块中。电压稳定时间从185ms降低到200us，电流稳定时间从200us降低到137us。电压和电流可以根据实际需要进行设置，在需要多路不同信号源的情况下，可以减少硬件BOM成本。该结构的电压上升时间短，电流无跌落、纹波小、连续工作时电流稳定无过冲，可以满足各种对信号源响应速度、精度和稳定性的场景下使用。所述宽电压的信号源结构能够实现对电路输出的电压和电流可调，可以解决启动过程电压稳定时间长，电流跌落、电流过冲、电流纹波大的问题，针对精密测试系统，提供稳定可靠的信号源。

一个优选方案是，所述宽电压的信号源结构还包括第三运算放大器、第四运算放大器，所述第三运算放大器的反相输入端分两路，一路经第五电阻接入所述第一运算放大器的输出端，另一路经第六电阻接入所述第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的同相输入端接入设定电流，所述第四运算放大器的反相输入端分两路，一路经第七电阻接入所述第二运算放大器的输出端，另一路经第八电阻接入所述第四运算放大器的输出端，所述第四运算放大器的同相输入端接入设定开路电压端。

一个优选方案是，所述宽电压的信号源结构还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一NMOS管以及第二NMOS管，所述第一NMOS管的漏极接入所述前端电压输入，所述第一NMOS管的源极接入所述后端电压输出，所述第一NMOS管的栅极分三路，第一路经所述第一二极管接入所述第三运算放大器的输出端，第二路经所述第二二极管接入所述第四运算放大器的输出端，第三路经所述第三二极管接入所述第二NMOS管的漏极，所述第二NMOS管的源极接入参考地，所述第二NMOS管的栅极接入使能端口。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是现有技术采用恒流芯片方案设置250V电压时的电压波形图；

图3是现有技术采用恒流芯片方案设置50mA电流时的电流波形图；

图4是现有技术采用恒流芯片方案设置50mA电流，接入负载时的电流波形图；

图5是本实用新型设置250V电压时的电压波形图；

图6是本实用新型设置50mA电流时的电流波形图；

图7是本实用新型设置50mA电流，接入负载时的电流波形图。

具体实施方式

如图1所示，在本实施例中，本实用新型包括第一运算放大器U2、第二运算放大器U4，所述第一运算放大器U2的同相输入端接入参考电流REF_ Cur和参考地REF_ GND，所述第二运算放大器U4的同相输入端接入输出开路电压端REF_ Vol，所述第一运算放大器U2的同相输入端和所述第二运算放大器U4的同相输入端共同接入后端电压输出V_ OUT、后端电流输出I_ OUT，所述第一运算放大器U2的输出端经第一电阻R9接入所述第一运算放大器U2的反相输入端，所述第一运算放大器U2的反相输入端经第二电阻R10接入所述后端电压输出V_ OUT，所述第二运算放大器U4的输出端经第三电阻R15接入所述第二运算放大器U4的反相输入端，所述第二运算放大器U4的反相输入端经第四电阻R16接地，所述第一运算放大器U2和所述第二运算放大器U4的输出端均接入前端电压输入V_ IN。

所述第一运算放大器U2的同相输入端分两路，一路经第十二电阻R5接入参考电流REF_ Cur，另一路经第十三电阻R6接入后端电压输出V_ OUT，所述第二运算放大器U4的同相输入端分两路，一路经第十四电阻R19接入输出开路电压端REF_ Vol，另一路经第十五电阻R13接入后端电压输出V_ OUT，

所述前端电压输入V_ IN为电路的前端输入，所述后端电压输出V_ OUT和所述后端电流输出I_ OUT为电路的后端输出。

在电路参数设计时，所述第一运算放大器U2和所述第二运算放大器U4两个运算放大器构成的差分电路电阻匹配关系为：

R5/R6= R9/R10；R19/R13= R15/R16；

所述第一运算放大器U2的输出电压为V1= R9/R10（V_OUT-REF_GND）+REF_Cur；

所述第二运算放大器U4的输出电压为V2= R15/R16（V_OUT- GND）+REF_Vol，REF_Vol为根据需要输出的开路电压，通过计算后接入的电压值（相对于REF_GND）。

如图1所示，在本实施例中，所述宽电压的信号源结构还包括第三运算放大器U1、第四运算放大器U3，所述第三运算放大器U1的反相输入端分两路，一路经第五电阻R4接入所述第一运算放大器U2的输出端，另一路经第六电阻R3接入所述第三运算放大器U1的输出端，所述第三运算放大器U1的同相输入端接入设定电流SET_ Cur，所述第四运算放大器U3的反相输入端分两路，一路经第七电阻R12接入所述第二运算放大器U4的输出端，另一路经第八电阻R11接入所述第四运算放大器U3的输出端，所述第四运算放大器U3的同相输入端接入设定开路电压端SET_ Vol。为了保证响应及时，同时避免所述第三运算放大器U1，所述第四运算放大器U3的增益过大电路输出震荡，R3/R4和R11/R12可以控制在15-25之间，所述设定电流SET_ Cur为根据需要输出的恒定电流，通过计算后接入的电压值（相对于REF_GND）。

如图1所示，在本实施例中，所述宽电压的信号源结构还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一NMOS管Q1以及第二NMOS管Q2，所述第一NMOS管Q1的漏极接入所述前端电压输入V_ IN，所述第一NMOS管Q1的源极接入所述后端电压输出V_ OUT，所述第一NMOS管Q1的栅极分三路，第一路经所述第一二极管D1接入所述第三运算放大器U1的输出端，第二路经所述第二二极管D2接入所述第四运算放大器U3的输出端，第三路经所述第三二极管D3接入所述第二NMOS管Q2的漏极，所述第二NMOS管Q2的源极接入参考地REF_ GND，所述第二NMOS管Q2的栅极接入使能端口EN。

所述第一二极管D1、所述第二二极管D2、所述第三二极管D3对电路提供保护，所述第一二极管D1的正极分两路，一路经第九电阻R1接入12V电压，另一路经第十电阻R2接入所述第一NMOS管Q1的栅极，12V为相对于参考地REF_ GND的电压，通过所述第九电阻R1和所述第十电阻R2对所述第一NMOS管Q1进行栅极驱动。利用两个控制环让所述第一NMOS管Q1工作在可变电阻区，控制电路实际输出到负载R_Load的电流I_OUT以及未接负载时的开路电压V_OUT。所述第三运算放大器U1，所述第四运算放大器U3控制所述第一NMOS管Q1，所述后端电压输出V_ OUT连接有第十一电阻R7，所述第十一电阻R7作为电流采样电阻。EN为电路的使能端口，控制所述第二NMOS管Q2的导通或者关断。

在本实施例中，所述宽电压的信号源结构属于仪器仪表，自动化测试领域。广泛应用在柔性线路板和可弯曲的刚性线路板的飞针类检测设备；HDI多层板印刷线路板的检测类设备；半导体行业的晶圆检测类设备和IC载板检测设备。尤其在设备对信号源响应速度和测试精度有要求的场景。

在本实施例中，如图2所示，现有技术以250V为例，电压从0V升压到250V完全稳定状态的过程，时间约为185ms，这样的升压时间在追求测试效率的场景下，无法满足应用要求。如图3所示，现有技术以50mA为例，使用恒流源芯片设计的恒流电路，接入负载时，电流稳定时间为200us，会出现电流跌落的情况，电流纹波也较大。如图4所示，在进行连续测试时，接入负载瞬间会出现电流过冲现象。

在本实施例中，所述宽电压的信号源结构根据硬件框图设计电路，以250V，50mA为例进行实际验证。如图5所示，当设置电压（250V）时，电压从0V升压到250V完全稳定状态的过程，时间约为200us，如图6所示，当设置电流（50mA）时，接入负载时，不会出现电流跌落的情况，电流稳定时间为137us。电流纹波也相对于采用恒流芯片方案（图3）有了明显改善，如图7所示，在进行连续测试时，接入负载瞬间不会出现电流过冲现象。所述宽电压的信号源结构能够实现对电路输出的电压和电流可调，可以解决启动过程电压稳定时间长，电流跌落、电流过冲、电流纹波大的问题，针对精密测试系统，提供稳定可靠的信号源。

Claims (3)

1.一种宽电压的信号源结构，其特征在于：它包括第一运算放大器（U2）、第二运算放大器（U4），所述第一运算放大器（U2）的同相输入端接入参考电流（REF_ Cur）和参考地（REF_GND），所述第二运算放大器（U4）的同相输入端接入输出开路电压端（REF_ Vol），所述第一运算放大器（U2）的同相输入端和所述第二运算放大器（U4）的同相输入端共同接入后端电压输出（V_ OUT）、后端电流输出（I_ OUT），所述第一运算放大器（U2）的输出端经第一电阻（R9）接入所述第一运算放大器（U2）的反相输入端，所述第一运算放大器（U2）的反相输入端经第二电阻（R10）接入所述后端电压输出（V_ OUT），所述第二运算放大器（U4）的输出端经第三电阻（R15）接入所述第二运算放大器（U4）的反相输入端，所述第二运算放大器（U4）的反相输入端经第四电阻（R16）接地，所述第一运算放大器（U2）和所述第二运算放大器（U4）的输出端均接入前端电压输入（V_ IN）。

2.根据权利要求1所述的一种宽电压的信号源结构，其特征在于：所述宽电压的信号源结构还包括第三运算放大器（U1）、第四运算放大器（U3），所述第三运算放大器（U1）的反相输入端分两路，一路经第五电阻（R4）接入所述第一运算放大器（U2）的输出端，另一路经第六电阻（R3）接入所述第三运算放大器（U1）的输出端，所述第三运算放大器（U1）的同相输入端接入设定电流（SET_ Cur），所述第四运算放大器（U3）的反相输入端分两路，一路经第七电阻（R12）接入所述第二运算放大器（U4）的输出端，另一路经第八电阻（R11）接入所述第四运算放大器（U3）的输出端，所述第四运算放大器（U3）的同相输入端接入设定开路电压端（SET_ Vol）。

3.根据权利要求2所述的一种宽电压的信号源结构，其特征在于：所述宽电压的信号源结构还包括第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第一NMOS管（Q1）以及第二NMOS管（Q2），所述第一NMOS管（Q1）的漏极接入所述前端电压输入（V_ IN），所述第一NMOS管（Q1）的源极接入所述后端电压输出（V_ OUT），所述第一NMOS管（Q1）的栅极分三路，第一路经所述第一二极管（D1）接入所述第三运算放大器（U1）的输出端，第二路经所述第二二极管（D2）接入所述第四运算放大器（U3）的输出端，第三路经所述第三二极管（D3）接入所述第二NMOS管（Q2）的漏极，所述第二NMOS管（Q2）的源极接入参考地（REF_ GND），所述第二NMOS管（Q2）的栅极接入使能端口（EN）。