一种硅光电池微弱电流信号检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种硅光电池微弱电流信号检测装置，特别是
[0002] -种用于航天器供电的硅光电池微弱电流信号检测电路装置。
【背景技术】
[0003] 硅光电池是一种基于光电效应原理直接把光能转化成电能的半导体器件，已在航 天器、太阳能电池、光通信、数码摄像等方面得到了广泛的应用。随着航天技术的发展和对 航天器（如卫星）高、精、尖等指标要求的日益提高，要求为航天器提供能源的硅光电池也 向高质量、高可靠、高稳定性和集成化发展，而对硅光电池输出的微弱电流信号进行精确检 测和分析是保证硅光电池质量等各项指标的重要手段和方法。航天器特别是卫星用的硅光 电池一般由很多道灵敏面组成，其灵敏面在不同的角度和不同的光照度下会有UA级或mA 级不同大小的电流输出，通过输出电流的计算可对硅光电池的电流灵敏度、不均匀性和不 一致性、峰值不对称度等指标进行标定和评价，从而确定硅光电池综合质量的优劣。
【发明内容】
[0004] 本实用新型其目的就在于提供一种硅光电池微弱电流信号检测装置，实现利用简 单电路完成多通道不同大小电流的自动切换和高精度电流检测的功能。
[0005] 实现上述目的而采取的技术方案，包括模拟开关切换模块、I/V转换模块、UA级电 流放大模块、mA级电流放大模块、A/D转换模块、逻辑处理模块、ISA通讯模块，所述模拟 开关切换模块与I/V转换模块、uA级电流放大模块、mA级电流放大模块和逻辑处理模块相 连，所述I/V转换模块与模拟开关切换模块、uA级电流放大模块和mA级电流放大模块相 连，所述uA级电流放大模块与模拟开关切换模块、I/V转换模块和A/D转换模块相连，；所 述mA级电流放大模块与模拟开关切换模块、I/V转换模块和A/D转换模块相连，所述A/D 转换模块与uA级电流放大模块、mA级电流放大模块和逻辑处理模块相连，所述逻辑处理 模块与A/D转换模块和ISA通讯模块相连，所述ISA通讯模块与逻辑处理模块相连。
[0006] 与现有技术相比本实用新型具有以下优点。
[0007] 1、可同时对多通道电流进行检测，通道数最多可达14路；
[0008] 2、量程宽，可对uA级或mA级电流进行检测；
[0009] 3、电路简单，通道间电流一致性好；
[0010] 4、检测精度高，误差小于0· 5%。
【附图说明】
[0011] 下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
[0012] 图1为本装置结构电路组成和逻辑示意图。
【具体实施方式】
[0013] 本装置包括模拟开关切换模块、I/V转换模块、uA级电流放大模块、mA级电流放大 模块、A/D转换模块、逻辑处理模块、ISA通讯模块，所述模拟开关切换模块与I/V转换模 块、uA级电流放大模块、mA级电流放大模块和逻辑处理模块相连，如图1所示，所述I/V 转换模块与模拟开关切换模块、uA级电流放大模块和mA级电流放大模块相连，所述uA级 电流放大模块与模拟开关切换模块、I/V转换模块和A/D转换模块相连，；所述mA级电流放 大模块与模拟开关切换模块、I/V转换模块和A/D转换模块相连，所述A/D转换模块与uA 级电流放大模块、mA级电流放大模块和逻辑处理模块相连，所述逻辑处理模块与A/D转换 模块和ISA通讯模块相连，所述ISA通讯模块与逻辑处理模块相连。
[0014] 所述模拟开关切换模块包括两片通道漏电流小于InA的模拟开关芯片，一片至少 包含14通道模拟开关，用于轮流切换输入的14通道电流，另一片至少包含2通道模拟开 关，用于切换uA级电流和mA级电流。
[0015] 所述I/V转换模块至少包含一个极低TCR系数的高精密小阻值电阻，用于实现硅 光电池电流量到电压量的转换。
[0016] 所述uA级电流放大模块包括一级放大电路和二级放大电路，用于实现uA级电流 的高倍放大，其中一级和二级放大电路均分别包括运算放大器，其输入失调电压小于luV， 输入失调电压温漂小于〇. 02 μ V/°C，输入失调电流小于8pA。
[0017] 所述一级放大电路和二级放大电路均分别包含由三个小阻值电阻组成的精密电 阻网络，用于代替放大器的大阻值反馈电阻4，并分别与放大器的反向输入端和放大输 出端相连；还包括有一个小容值的防自激震荡电容C，分别与放大器的反向输入端和精密 电阻网络相连。
[0018] 所述mA级电流放大模块包括前端电压跟随器和二级放大电路，用于实现mA级电 流的放大，其中前端电压跟随器和二级放大电路均分别包括运算放大器，其输入失调电压 小于luV，输入失调电压温漂小于0. 02 μ V/°C，输入失调电流小于8pA。
[0019] 所述二级放大电路包含由三个小阻值电阻组成的精密电阻网络，用于代替放大器 的大阻值反馈电阻A，并分别与放大器的反向输入端和放大输出端相连；还包括一个小容 值的防自激震荡电容C，分别与放大器的反向输入端和精密电阻网络相连。
[0020] 所述A/D转换模块包括一种具有16位分辨率和8通道模拟输入的A/D转换芯片， 其前端经调理后的uA级电流和mA级电流信号分别送入A/D转换芯片的两个模拟通道进行 模拟量到数字量的转换，转换完成后以16位并行数据方式输出至后续模块作进一步处理。
[0021] 所述逻辑处理模块包括一种引脚数为144的现场可编程门阵列芯片，用于控制A/ D转换和模拟开关切换以及电流信号的采集与传送。 实施例
[0022] 如图1所示，本实施例包括硅光电池、模拟开关切换电路、I/V转换电路、uA级电流 放大电路、mA级电流放大电路、A/D转换电路、逻辑处理电路、ISA通讯电路和上位机。
[0023] 硅光电池（或其组件）在光照下，其每个不同大小的码道均产生大小不同的电流。 当曝光面小时，其一般能产生uA级大小的电流；当曝光面大时，其一般能产生mA级大小的 电流。硅光电池每个码道产生的电流通过专用屏蔽线连接至模拟开关切换电路的通道电流 切换模拟开关，用于完成硅光电池的不同码道电流的轮流导通与采集，然后通过uA级和mA 级电流切换模拟开关，用于完成硅光电池不同大小档电流的切换。经模拟开关切换和调制 后的电流信号然后输入至I/V转换电路，通过一个小阻值高稳定度的采样电阻把电流信号 转换成电压信号，此电压信号输入给uA级电流放大电路或mA级电流放大电路进行一级放 大和二级放大，最终被转换成〇~4. 2V范围的模拟电压信号。模拟电压信号经过后续A/D转 换电路把其转换成易于FPGA处理的16位并行数字信号，逻辑处理电路中的FPGA -方面控 制前端模拟开关的切换，另一方面以一定的时序控制A/D转换的完成，同时把采集成的16 位并行数字信号存放于双口 RAM中，每次存储完数据，FPGA发出一个中断信号，ISA通讯电 路作为逻辑处理电路和上位机间通讯的桥梁，用于完成电流数据到上位机的传输。当上位 机发现有中断信号时，即可从双口 RAM相应地址中读取到对应的电流数据，上位机在读取 到硅光电池电流后，再作进一步的计算和处理，并以一定的算法计算出硅光电池各项指标 参数的值，进而确定硅光电池的质量情况。
【主权项】
1. 一种硅光电池微弱电流信号检测装置，其特征在于，包括模拟开关切换模块、I/V转 换模块、uA级电流放大模块、mA级电流放大模块、A/D转换模块、逻辑处理模块、ISA通讯模 块，所述模拟开关切换模块与I/V转换模块、uA级电流放大模块、mA级电流放大模块和逻 辑处理模块相连，所述I/V转换模块与模拟开关切换模块、uA级电流放大模块和mA级电 流放大模块相连，所述uA级电流放大模块与模拟开关切换模块、I/V转换模块和A/D转换 模块相连，；所述mA级电流放大模块与模拟开关切换模块、I/V转换模块和A/D转换模块 相连，所述A/D转换模块与uA级电流放大模块、mA级电流放大模块和逻辑处理模块相连， 所述逻辑处理模块与A/D转换模块和ISA通讯模块相连，所述ISA通讯模块与逻辑处理模 块相连。2. 根据权利要求1所述的一种硅光电池微弱电流信号检测装置，其特征在于，所述模 拟开关切换模块包括两片通道漏电流小于InA的模拟开关芯片，一片至少包含14通道模拟 开关，用于轮流切换输入的14通道电流，另一片至少包含2通道模拟开关，用于切换uA级 电流和mA级电流。3. 根据权利要求1所述的一种硅光电池微弱电流信号检测装置，其特征在于，所述1/ V转换模块至少包含一个极低TCR系数的高精密小阻值电阻，用于实现硅光电池电流量到 电压量的转换。4. 根据权利要求1所述的一种硅光电池微弱电流信号检测装置，其特征在于，所述uA 级电流放大模块包括一级放大电路和二级放大电路，用于实现uA级电流的高倍放大，其中 一级和二级放大电路均分别包括运算放大器，其输入失调电压小于luV，输入失调电压温漂 小于0? 02 y V/°C，输入失调电流小于8pA。5. 根据权利要求1所述的一种硅光电池微弱电流信号检测装置，其特征在于，所述mA 级电流放大模块包括前端电压跟随器和二级放大电路，用于实现mA级电流的放大，其中前 端电压跟随器和二级放大电路均分别包括运算放大器，其输入失调电压小于luV，输入失调 电压温漂小于0. 02 y V/°C，输入失调电流小于8pA。6. 根据权利要求1所述的一种硅光电池微弱电流信号检测装置，其特征在于，所述A/ D转换模块包括一种具有16位分辨率和8通道模拟输入的A/D转换芯片，其前端经调理后 的uA级电流和mA级电流信号分别送入A/D转换芯片的两个模拟通道进行模拟量到数字量 的转换，转换完成后以16位并行数据方式输出至后续模块作进一步处理。7. 根据权利要求1所述的一种硅光电池微弱电流信号检测装置，其特征在于，所述逻 辑处理模块包括一种引脚数为144的现场可编程门阵列芯片，用于控制A/D转换和模拟开 关切换以及电流信号的采集与传送。
【专利摘要】一种硅光电池微弱电流信号检测装置，包括模拟开关切换模块、I/V转换模块、uA级电流放大模块、mA级电流放大模块、A/D转换模块、逻辑处理模块、ISA通讯模块。所述模拟开关切换模块与I/V转换模块、uA级电流放大模块、mA级电流放大模块和逻辑处理模块相连、所述的I/V转换模块与模拟开关切换模块、uA级电流放大模块和mA级电流放大模块相连；所述的uA级电流放大模块与模拟开关切换模块、I/V转换模块和A/D转换模块相连；所述的mA级电流放大模块与模拟开关切换模块、I/V转换模块和A/D转换模块相连；所述的A/D转换模块与uA级电流放大模块、mA级电流放大模块和逻辑处理模块相连；所述的逻辑处理模块与A/D转换模块和ISA通讯模块相连；所述的ISA通讯模块与逻辑处理模块相连，并最终可输出经调理和放大后的uA级或mA级电流相对应的电压信号，从而实现利用简单电路完成多通道不同大小电流的自动切换和高精度电流检测的功能。
【IPC分类】G01R19/25
【公开号】CN204882703
【申请号】CN201520481119
【发明人】曾悠兵, 姜玲燕, 李丰, 苏长青
【申请人】九江精密测试技术研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月7日