电流测量辅助装置的制作方法

本实用新型涉及集成电路测试技术领域，特别涉及一种电流测量辅助装置。

背景技术：

随着芯片技术的发展，芯片的规模越来越大，速度越来越高，对供电电源提出了小电压大电流的要求，为了使得电源的设计更加匹配，需要对电源的负载电流进行准确的测量。目前市场上电流测试仪器有数字万用表、带电流测试电源、示波器电流探头。其中，数字万用表的缺陷是引线的等效阻抗大，容易导致被测电源异常；带电流测试电源的缺陷是上电时序不可控，对上电时序有要求的电源满足不了；示波器电流探头性能优良，数据全面，缺点是，需要一根较粗的测试线，对空间小板子焊接难度大，同时示波器电流探头价格昂贵。可见，目前这些测量电源负载电流的电流测试仪器的局限性大，不便于负载电流的测量。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种电流测量辅助装置，其目的是为了解决电流测试仪器的局限性大，不便于负载电流的测量的问题。

为了达到上述目的，本实用新型的实施例提供了一种电流测量辅助装置，包括：

电流采样电阻，所述电流采样电阻串接于目标被测电源的负载电路中；

第一放大模块，所述第一放大模块的两个输入端分别与所述电流采样电阻的两端连接，所述第一放大模块对所述电流采样电阻两端的电压信号进行差分放大处理；

第二放大模块，所述第二放大模块的输入端与所述第一放大模块的输出端连接，所述第二放大模块对所述第一放大模块输出的电压信号进行运算放大处理；

最大值捕获模块，所述最大值捕获模块的输入端与所述第二放大模块的输出端连接，所述最大值捕获模块捕获所述第二放大模块输出的电压信号的最大值，并将捕获的最大值作为所述最大值捕获模块的输出值；

有效电压获取模块，所述有效电压获取模块的输入端与所述第二放大模块的输出端连接，所述有效电压获取模块获取并显示所述第二放大模块输出的电压信号的有效值；

最大电压获取模块，所述最大电压获取模块的输入端与所述最大值捕获模块的输出端连接，所述最大电压获取模块获取并显示所述最大值捕获模块的输出值。

本实用新型的上述方案至少有如下的有益效果：

在本实用新型的实施例中，通过将电流采样电阻串接于目标被测电源的负载电路中，电流采样电阻两端的电压信号经第一放大模块差分放大后转为单端信号输出给第二放大模块，第二放大模块在接收到第一放大模块输出的电压信号后，对该电压信号进行运算放大处理，并输出给最大值捕获模块和有效电压获取模块，此时有效电压获取模块能获取并显示第二放大模块输出的电压信号的有效值，便于基于电流采样电阻的阻值以及第一放大模块和第一放大模块的放大倍数，得到被测电源的负载电流的有效值，同时最大值捕获模块能捕获第二放大模块输出的电压信号的最大值，并将该最大值输出给最大电压获取模块，便于基于电流采样电阻的阻值以及第一放大模块和第一放大模块的放大倍数，得到被测电源的负载电流的最大值。其中由于电流采样电阻的串入不会破坏被测电源的通路，不会影响被测电源原来的上电时序，因而不存在带电流测试电源测量电流时的上电时序问题；同时第一放大模块和第二放大模块的放大倍数可以使电流采样电阻的阻值很小，且未在负载电路中串入测试线，因而不存在数字万用表测量电流时的线阻抗大的问题，也不存在示波器电流探头测量时要求板子空间大的问题，因此本实用新型的电流测量辅助装置相对于的目前这些电流测试仪器的局限性小。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的电流测量辅助装置的结构示意图之一；

图2是本实用新型实施例的第一放大模块的电路原理图；

图3是本实用新型实施例的最大值捕获模块的电路原理图；

图4是本实用新型实施例的第二放大模块的电路原理图；

图5是本实用新型实施例的电流测量辅助装置的结构示意图之二；

图6是本实用新型实施例的捕获复位模块的电路结构示意图；

图7是本实用新型实施例的时钟信号生成模块的电路结构示意图。

【附图标记说明】

1、电流采样电阻；2、第一放大模块；3、第二放大模块；4、最大值捕获模块；5、有效电压获取模块；6、最大电压获取模块；7、时钟信号触发模块；8、时钟信号生成模块；9、量程切换模块；10、捕获复位模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种电流测量辅助装置，包括：电流采样电阻1、第一放大模块2、第二放大模块3、最大值捕获模块4、有效电压获取模块5和最大电压获取模块6。

其中，所述电流采样电阻1串接于目标被测电源的负载电路中；所述第一放大模块2的两个输入端分别与所述电流采样电阻1的两端连接，所述第一放大模块2对所述电流采样电阻1两端的电压信号进行差分放大处理；所述第二放大模块3的输入端与所述第一放大模块2的输出端连接，所述第二放大模块3对所述第一放大模块2输出的电压信号进行运算放大处理；所述最大值捕获模块4的输入端与所述第二放大模块3的输出端连接，所述最大值捕获模块4捕获所述第二放大模块3输出的电压信号的最大值，并将捕获的最大值作为所述最大值捕获模块4的输出值；所述有效电压获取模块5的输入端与所述第二放大模块3的输出端连接，所述有效电压获取模块5获取并显示所述第二放大模块3输出的电压信号的有效值；所述最大电压获取模块6的输入端与所述最大值捕获模块4的输出端连接，所述最大电压获取模块6获取并显示所述最大值捕获模块4的输出值。

其中，在本实用新型的实施例中，上述目标被测电源可以为多个被测电源中的任一者，即可选择测量多个被测电源中任一被测电源的负载电流。需要说明的是，上述被测电源是指需要测量负载电流的电源，该电源可以为芯片的供电电源。可以理解的是，当存在多个被测电源时，可通过逐一对被测电源进行测量的方式，完成多个被测电源的测量。

具体的，为实现对多个被测电源的测量，上述多个被测电源中的每个被测电源的负载电路中均串接有电流采样电阻，该电流采样电阻的两端均设有第一开关触头。而便于对目标被测电源的负载电流进行测量，上述第一放大模块的两个输入端均设有第二开关触头，所述第一放大模块的两个第二开关触头与所述目标被测电源的负载电路中的电流采样电阻的两个第一开关触头一一对应地接触导通，即，第一放大模块的两个输入端与目标被测电源的负载电路中的电流采样电阻的两端连接，以对该电流采样电阻两端的电压信号进行差分放大处理。

其中，在本实用新型的实施例中，上述第一放大模块主要用于对目标被测电源的负载电路中的电流采样电阻两端的电压信号进行差分放大处理，该电压信号在经第一放大模块放大后转为单端信号输出。

具体的，上述第一放大模块的电路原理图可以为如图2所示的结构，图2中的差分放大器a1的两个输入端与电流采样电阻rsense的两端连接，vout为第一放大模块输出的电压信号，图2中的倒三角表示接地。

需要说明的是，为避免在对电流采样电阻两端的电压信号进行放大时，引入过多噪声，影响测量的准确性，因此第一放大模块对电流采样电阻两端的电压信号的放大倍数不能太大，而为确保电流采样电阻的阻值能很小，本实用新型的实施例在第一放大模块后设置第二放大模块，该第二放大模块主要用于对第一放大模块输出的电压信号进行运算放大处理，以便在电流采样电阻的阻值很小时，有效电压获取模块和最大电压获取模块仍能获得较为明显的电压值，从而在避免因电流采样电阻的阻值过大造成被测电源异常的情况下，完成对被测电源的测量。

值得一提的是，由于第一放大模块的存在，不需要在负载电路中串入测试线，便能完成负载电流的测量。需要说明的是，电流采样电阻的串入，不会破坏负载通路，不会影响被测电源原来的上电时序，因而不存在带电流测试电源测量电流时的上电时序问题；同时第一放大模块和第二放大模块的放大倍数可以使电流采样电阻的阻值很小，且未在负载电路中串入测试线，因而不存在数字万用表测量电流时的线阻抗大的问题，也不存在示波器电流探头测量时要求板子空间大的问题，因此本实用新型的电流测量辅助装置相对于的目前的电流测试仪器的局限性小。

其中，在本实用新型的实施例中，上述有效电压获取模块主要用于获取所述第二放大模块输出的电压信号的有效值，从而便于基于电流采样电阻的阻值，得到目标被测电源的负载电流的有效值。举例来说，假设有效电压获取模块获取到的有效值为v1，则通过公式v1/(a1*a2)即可得到目标被测电源的负载电流的有效值。其中，a1为第一放大模块的放大倍数，a2为第二放大模块的放大倍数。

作为一个优选的示例，上述有效电压获取模块可以为示波器或者万用表等器件，能通过第二放大模块输出的电压信号，得到该电压信号的有效值。

需要说明的是，测量被测电源的负载电流包括测量负载电流的有效值和最大值。其中，最大值用于确定被测电源的最大电流输出能力，有效值用于计算被测电源的负载的功耗。因此，在依据有效电压获取模块获得的有效值，得到被测电源的负载电流的有效值后，还需要获取被测电源的负载电流的最大值。基于此，上述电流测量辅助装置包括最大值捕获模块和最大电压获取模块。

具体的，在本实用新型的实施例中，上述最大值捕获模块主要用于捕获所述第二放大模块输出的电压信号的最大值，并输出该最大值。

具体的，上述最大值捕获模块的电路原理图可以为如图3所示的结构，图3中的vin即为第二放大模块输出的电压信号，图3中的电阻r2、运算放大器a1、二极管d1和电容c1构成充电功能，开关sw1用于电容c1放电，运算放大器a2和电阻r1用于反馈电容电压，使得电容电压反映vin的最大值，vout即为第二放大模块输出的电压信号的最大值，图3中的倒三角表示接地。需要说明的是，该电路为常规电路，经大量使用证明该电路稳定可靠，因此能确保最大值捕获模块可获取第二放大模块输出的电压信号的最大值。

其中，在本实用新型的实施例中，最大电压获取模块主要用于获取所述最大值捕获模块的输出值，从而便于基于电流采样电阻的阻值，得到目标被测电源的负载电流的最大值。举例来说，假设最大电压获取模块获取到最大值捕获模块的输出值为v2，则通过公式v2/(a1*a2)即可得到目标被测电源的负载电流的最大值。其中，a1为第一放大模块的放大倍数，a2为第二放大模块的放大倍数。

作为一个优选的示例，上述最大电压获取模块可以为示波器或者万用表等器件，能通过最大值捕获模块的输出值，得到第二放大模块输出的电压信号的最大值。

由此可见，在本实用新型的实施例中，通过在目标被测电源的负载电路中串入电流采样电阻，完成负载电流的测量。其中由于电流采样电阻的串入不会破坏被测电源的通路，不会影响被测电源原来的上电时序，因而不存在带电流测试电源测量电流时的上电时序问题；同时第一放大模块和第二放大模块的放大倍数可以使电流采样电阻的阻值很小，且未在负载电路中串入测试线，因而不存在数字万用表测量电流时的线阻抗大的问题，也不存在示波器电流探头测量时要求板子空间大的问题，因此本实用新型的电流测量辅助装置相对于的目前的电流测试仪器的局限性小，且能基于该电流采样电阻的阻值，快速、方便的得到被测电源的负载电流。

其中，在本实用新型的实施例中，上述第二放大模块可采用同相放大电路实现，即，上述第二放大模块包括同相放大电路。其中，所述同相放大电路的输入端与所述第一放大模块的输出端连接，所述同相放大电路的输出端分别与所述有效电压获取模块的输入端和所述最大值捕获模块的输入端连接。

其中，上述同相放大电路的反馈支路包括第一反馈电阻，以及与所述第一反馈电阻串联连接的多个反馈电阻单元，所述多个反馈电阻单元相互并联连接，所述反馈电阻单元包括第二反馈电阻以及与所述第二反馈电阻串联的常开开关。

需要说明的是，多个反馈电阻单元中各第二反馈电阻的阻值互不相同，在所述电流测量辅助装置处于工作状态时，多个反馈电阻单元中的一个反馈电阻单元的常开开关处于闭合状态。即，在本实用新型的实施例中，可通过选择不同的反馈电阻单元，从而改变第二放大模块的放大倍数，便于完成对被测电源的负载电流的测量。作为一个优选的示例，上述同相放大电路可采用如图4所示的同相放大电路实现，其中，图4中的vin即为第一放大模块输出的电压信号，vout即为第二放大模块输出的电压信号，r1为同向输入电阻，a为运算放大器，r2为反馈支路的第一反馈电阻，rf1为第f1个反馈电阻单元中的第二反馈电阻，rf2为第f2个反馈电阻单元中的第二反馈电阻，以此类推，rfn为第fn个反馈电阻单元中的第二反馈电阻，n为反馈电阻单元的数量，图4中的倒三角表示接地。

其中，基于上述第二放大模块的放大倍数的可调整，如图5所示，上述电流测量辅助装置还包括时钟信号触发模块7、时钟信号生成模块8、量程切换模块9和捕获复位模块10，以便结合第二放大模块3的放大倍数的调整，完成对被测电源的负载电流的测量。

其中，所述时钟信号触发模块7的输入端与所述最大值捕获模块4的输出端连接，所述时钟信号触发模块7将所述最大值捕获模块4的输出值与预设值进行比较，并在所述最大值捕获模块4的输出值大于或等于所述预设值时，输出时钟触发信号；所述时钟信号生成模块8的输入端与所述时钟信号触发模块7的输出端连接，所述时钟信号生成模块8在接收到所述时钟触发信号时输出时钟信号；所述量程切换模块9的输入端与所述时钟信号生成模块8的输出端连接，所述量程切换模块9的输出端与所述第二放大模块3的各常开开关的控制端连接；所述捕获复位模块10的输入端与所述时钟信号触发模块7的输出端连接，所述捕获复位模块10的复位信号输出端与所述最大值捕获模块4的复位信号输入端连接，所述捕获复位模块10在接收到所述时钟触发信号时向所述最大值捕获模块4输出复位信号。

需要说明的是，上述预设值与最大值捕获模块所能捕获的最大电压值(即最大值捕获模块的量程)相关，以避免最大值捕获模块因自身原因无法捕获第二放大模块输出的电压信号的最大值。举例来说，假设最大值捕获模块所能捕获的最大电压值为4.5伏特，则该预设值可以为4.35伏特。以在最大值捕获模块的输出值达到饱和(即大值捕获模块的输出值大于或等于所述预设值)时，时钟信号触发模块输出时钟触发信号，时钟信号生成模块根据时钟触发信号，向量程切换模块输出时钟信号，量程切换模块根据时钟信号信号向第二放大模块的各常开开关的控制端发送控制信号，以控制第二放大模块调小放大倍数，从而确保最大值捕获模块能捕获第二放大模块输出的电压信号的最大值。当然需要说明的是，时钟信号触发模块输出的时钟触发信号还会达到捕获复位模块，使捕获复位模块能向最大值捕获模块输出复位信号，将最大值捕获模块捕获的数值归零，以便在第二放大模块的放大倍数调整后，重新捕获第二放大模块输出的电压信号的最大值。需要进一步说明的是，第二放大模块的初始倍数为最大放大倍数，且在对第二方法模块的放大倍数进行调整时，会按照放大倍数从大至小的顺序控制各反馈电阻单元中常开开关的状态。

具体的，为便于控制各反馈电阻单元中常开开关的状态，第二放大模块中的常开开关可以为第一继电器的一组常开触头，即，每个常开开关为该第一继电器的一组常开触头。而为便于对该第一继电器的控制端发送控制信号，上述量程切换模块可包括：计数器和译码器，所述计数器的输入端与所述时钟信号生成模块的输出端连接，所述计数器的输出端与所述译码器的输入端连接，所述译码器的输出端与所述第一继电器的输入端连接。其中，当时钟信号生成模块向计数器输出一个时钟信号时，计数器会加一，然后经译码器译码得到一新的控制信号，从而使第一继电器中原本闭合的常开触点断开、且同时一组新的常开触点闭合，完成对第二放大模块的放大倍数的调整，需要说明的是，每次调整第二放大模块的倍数后，第二放大模块的倍数都会在上一次的基础上减小。

其中，在本实用新型的实施例中，上述时钟信号触发模块包括比较器和单稳态电路(作为一个优选的示例，单稳态电路可以为一单稳态触发器)，所述比较器的输入端与所述最大值捕获模块的输出端连接，所述比较器的输出端与所述单稳态电路的输入端连接，所述单稳态电路的输出端分别与所述时钟信号生成模块的输入端和所述捕获复位模块的输入端连接。其中，所述比较器将所述最大值捕获模块的输出值与预设值进行比较，并在所述最大值捕获模块的输出值大于或等于所述预设值时，向所述单稳态电路输出控制信号，所述单稳态电路根据所述控制信号输出时钟触发信号，进而通过时钟信号生成模块和量程切换模块调整第二放大模块的放大倍数，同时通过捕获复位模块将最大值捕获模块的捕获值归零。

其中，在本实用新型的实施例中，为便于在电流测量辅助装置的设计阶段，完成电流测量辅助装置中各模块的调试，上述电流测量辅助装置还包括：控制开关和触发按键。其中，所述控制开关的第一触头与所述时钟信号生成模块的输入端连接，所述控制开关的第二触头与所述时钟信号触发模块的输出端连接，所述控制开关的第三触头与所述触发按键连接，所述控制开关的触头连杆的一端与所述第一触头连接，另一端与所述第二触头或者所述第三触头连接。

即，在本实用新型的实施例中，可通过控制控制开关，断开时钟信号触发模块与时钟信号生成模块之间的连接，而使触发按键与时钟信号生成模块的输入端连接。这样，每按压一下触发按键，时钟信号生成模块便会接收到一时钟触发信号，根据接收到的时钟触发信号生成并输出时钟信号，使量程切换模块根据时钟信号信号向第二放大模块的各常开开关的控制端发送控制信号，以控制第二放大模块调小放大倍数，直至完成对第二放大模块所有放大倍数的调试。当然可以理解的是，当调试完成后，便会通过控制控制开关，断开触发按键与时钟信号生成模块的输入端连接，而接通时钟信号触发模块与时钟信号生成模块，以完成对负载电流的自动测量。

接下来，结合相关附图对捕获复位模块和时钟信号生成模块的具体结构进行说明。

如图6所示，上述捕获复位模块包括：第一二极管(即图6中的d3)、第二二极管(即图6中的d4)、rc电路(即图6中的r14、r15和c13)、三极管(即图6中的q1)、第三二极管(即图6中的d2)、第一滤波电容(即图6中的c9)、第二继电器(即图6中的r9)和第一电阻(即图6中的r10)。

其中，所述第一二极管的阳极与上电复位电路(该上电复位电路可以为电流测量辅助装置的上电复位电路，具体可采用目前通用的上电复位电路实现)的输出端连接，以在电流测量辅助装置上电时对最大值捕获模块进行复位；上述第二二极管的阳极与所述时钟信号触发模块的输出端连接，以在接收到时钟信号触发模块输出的时钟触发信号时对最大值捕获模块进行复位。

上述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极均与所述rc电路的第一端连接，所述rc电路的第二端与所述三极管的基极连接，rc电路是为了避免三极管的基极受到高频噪声的影响；所述三极管的集电极分别与所述第三二极管的阳极和所述第二继电器的负极控制端连接，所述第三二极管的阴极、所述第一滤波电容的第一端、所述第二继电器的正极控制端均与一电源(即图6中的vcc)的输出端连接，所述第二继电器的第一触头与所述最大值捕获模块的复位信号输入端的第一输入端口连接，所述第二继电器的第二触头与所述最大值捕获模块的复位信号输入端的第二输入端口连接，所述第二继电器的第三触头与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端、所述第一滤波电容的第二端、所述三极管的发射极均接地。

需要说明的是，第二继电器的第一触头和第二继电器的第二触头为第二继电器的一组常开触头，第三二极管在三极管关断时，为第二继电器提供续流回路，而当第一二极管的阳极接收到上电复位电路输出的复位信号，或者第二二极管的阳极接收到时钟信号触发模块输出的时钟触发信号时，第二继电器的第一触头和第二继电器的第二触头导通，即图3中的开关sw1闭合，从而对图3中的电容c1放电，最终使图3中vout(即为第二放大模块输出的电压信号的最大值)为0，即将最大值捕获模块的捕获值归零。

如图7所示，上述时钟信号生成模块包括：运算放大器(即图7中的u11)、反相参考电压生成电路(即图7中的r56、r58和c48)、第二电阻(即图7中的r54)、第三电阻(即图7中的r51)、第二滤波电容(即图7中的c43)、第三滤波电容(即图7中的c44)和上拉电阻(即图7中的r63)。

具体的，上述运算放大器的负输入端与所述反相参考电压生成电路的输出端连接，所述运算放大器的正输入端分别与所述第二电阻的第一端和所述第三电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述控制开关的第一触头连接，所述第三电阻的第二端分别与所述上拉电阻的第一端、所述运算放大器的输出端和所述量程切换模块的输入端连接，所述运算放大器的电源端、所述上拉电阻的第二端、所述第二滤波电容的第一端和所述第三滤波电容的第一端均与一电源(即图7中的vcc)的输出端连接，所述运算放大器的接地端、所述第二滤波电容的第二端和所述第三滤波电容的第二端均接地。

需要说明的是，上述反相参考电压生成电路主要用于设置运算放大器的反相参考电压，第二电阻和第三电阻主要用于设置运算放大器的迟滞电压；上拉电阻主要为时钟信号生成模块的输出提供上拉。具体的，当时钟信号触发模块向第二电阻的第二端输入时钟触发信号(时钟触发信号形似三角波)时，图7所示的时钟信号生成模块能将该时钟触发信号整成方波时钟信号，输出给量程切换模块，以调整第二放大模块的放大倍数。

值得一提的是，本实用新型实施例的电流测量辅助装置采用纯硬件实现，运行可靠性高，能准确测量出电流采样电阻两端电压的有效值和最大值，进而便于能基于该电流采样电阻的阻值，快速、方便的得到被测电源的负载电流。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。