一种用于多路电阻高精度测量的低漏电流选通开关电路的制作方法

1.本发明属于电路设计技术领域，具体涉及一种用于多路电阻高精度测量的低漏电流选通开关电路。


背景技术：

2.对电阻的测量是极常见的需求。对电阻的测量，基本的方法是注入电阻一个标准电流i，之后测量电阻上的电压v，则电阻阻值为v/i。对于采集多路采集系统，需要测量的电阻是多个，就需要轮流对各个电阻进行测量。基本的切换逻辑如图1，需要测量哪个电阻，将对应的两个开关闭合，其他开关断开即可。这里就需要确保开关不会引入漏电流，以免影响测量结果。开关采用继电器实现不会引入漏电流，但继电器体积大，功耗高，开关动作慢，一般不采用。而通常使用两个mos管组成门开关，图2为常规mos组成的选通门结构。当需要测量r1时，选通q3，q4，截止q1，q2。但mos管都存在漏电流，这样标准电流就会通过mos管q1，q2泄露一部分；选通q5，q6，截止q7，q8。同样mos管q7，q8也存在漏电流，其数量级为纳安级别。而且这两个地方的漏电流是由mos管的生产工艺决定的，和温度、源极和漏极的电压都存在关系，无法通过简单的数据处理办法消除掉。另外，随着选通门的增多，漏电流也越大。
3.因此，现有技术中的多路选通开关电路往往存在漏电流大，测量不够准确的问题。


技术实现要素：

4.为适应电阻测量电路的实际需求，本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种用于多路电阻高精度测量的低漏电流选通开关电路，以减小电路中的漏电流，提高测量精度。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于多路电阻高精度测量的低漏电流选通开关电路，包括：二极管d1～d7，三极管q3，mos管q1、q4、q5、q6，运算放大器u1、u2；
6.标准电流输入端与二极管d1的阳极连接，二极管d1的阴极与mos管q1的漏极连接，mos管q1的源极与二极管d3的阳极连接，mos管q1的栅极与注入电流选通信号连接；二极管d3的阴极经待测电阻r4接地，二极管d3的阴极还与mos管q5的漏极连接，mos管q5的源极与mos管q4的源极连接，mos管q4的漏极与mos管q6的源极连接，mos管q6的漏极与adc采样端连接，mos管q4、q5、q6的栅极与adc采样选通信号连接；
7.所述运算放大器u2的正端与标准电流输入端连接，负端与输出端连接，且负端还与二极管d7的阴极连接，二极管d7的阳极经限流电阻r2与二极管d2的阴极连接，二极管d2的阴极与二极管d1的阴极连接，二极管d7的阳极还与三极管q3的集电极连接；所述三极管q3的集电极经限流电阻r1与电源vee连接，基极通过限流电阻r3与注入电流选通信号连接，发射极接地；
8.所述运算放大器u1的正端与adc采样端连接，负端与输出端连接，输出端与二极管d6的阳极连接，二极管d6的阴极与二极管d2的阳极连接，运算放大器u1的输出端还通过限
流电阻r5与二极管d4的阳极相连接，二极管d4的阴极与mos管q6的源极连接。
9.所述二极管d1、d2、d7采用开关二极管。
10.所述二极管d3、d4、d6采用锗二极管。
11.此外，本发明还提供了一种多路电阻高精度测量电路，包括多个所述的选通开关电路。
12.所述各个选通开关电路共用运算放大器u1、u2。
13.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
14.1、综上所述，本发明提供了一种种用于多路电阻高精度测量的低漏电流选通开关电路，其通过将mos管的漏电流转化为二极管的漏电流，另外通过简单的电压反馈电路，将加在二极管上的反向电压降低，使二极管的漏电流可以达到皮安级，而mos管的漏电流基本在纳安级别，故本电路可将漏电流减小上千倍，具有极高的应用价值。另外在adc采样端，同样也采用了电压反馈电路，将mos管的电压降低到0.1伏以下，极大的减小了这部分电路的漏电流。通过上述电路的综合作用，使得选通开关电路整体漏电流极低，可用于高精度电阻测量；
15.2、本发明中可以将多个选通门并联使用，形成多路电阻高精度测量电路，电路具有低成本，高可靠性和广泛的实施性。
附图说明
16.图1为现有技术中电阻多路采样的开关切换示意图；
17.图2为现有技术中常规mos管组成的选通门的结构示意图；
18.图3为本发明实施例提供的一种用于电阻高精度测量的低漏电流多路选通开关电路的电路原理图；
19.图4为本发明实施例二提供的一种多路电阻高精度测量电路的电路原理图。
20.具体实施例方式
21.为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
22.实施例一
23.如图3所示，本发明实施例一提供了一种用于多路电阻高精度测量的低漏电流选通开关电路，包括：二极管d1～d7，三极管q3，mos管q1、q6，运算放大器u1、u2。
24.其中，标准电流输入端与二极管d1的阳极连接，二极管d1的阴极与mos管q1的漏极连接，mos管q1的源极与二极管d3的阳极连接，mos管q1的栅极与注入电流选通信号连接；二极管d3的阴极经待测电阻r4接地，二极管d3的阴极还与mos管q5的漏极连接，mos管q5的源极与mos管q4的源极连接，mos管q4的漏极与mos管q6的源极连接，mos管q6的漏极与adc采样端连接，mos管q4、q5、q6的栅极与adc采样选通信号连接。
25.具体地，所述运算放大器u2的正端与标准电流输入端连接，负端与输出端连接，且负端还与二极管d7的阴极连接，二极管d7的阳极经限流电阻r2与二极管d2的阴极连接，二极管d2的阴极与二极管d1的阴极连接，二极管d7的阳极还与三极管q3的集电极连接；所述
三极管q3的集电极经限流电阻r1与电源vee连接，基极通过限流电阻r3与注入电流选通信号连接，发射极接地；
26.具体地，所述运算放大器u1的正端与adc采样端连接，负端与输出端连接，输出端与二极管d6的阳极连接，二极管d6的阴极与二极管d2的阳极连接，运算放大器u1的输出端还通过限流电阻r5与二极管d4的阳极相连接，二极管d4的阴极与mos管q6的源极连接。
27.具体地，本实施例中，mos管q4和q5组成一个标准的mos双向选通门，所述二极管d3的阴极依次经mos管q5、mos管q4与mos管q6的源极连接，所述mos管q4和mos管q5的栅极与三极管q7的集电极连接，且mos管q5漏极与二极管d3的阴极连接，源极与mos管q4的源极连接；mos管q4的漏极与mos管q6的源极连接。
28.本实施例中，在常规mos门构成的双向选通门基础上，增加了一个mos门q6，并且adc采样端的电压会经过运放缓冲后反馈到q6的源极。电流注入选通门采用了低漏电流的二极管和mos管来构成选通门，并且标准电流注入端的电压信号和adc采样端的电压信号都会经过各自的运放缓冲后反馈到该选通门。
29.本发明实施例提供的一种用于多路电阻高精度测量的低漏电流选通开关电路，通过将mos管的漏电流转化为二极管的漏电流，并且通过反馈电路将二极管和mos上的电压降低，进一步降低整体漏电流，适合高精度电阻测量的需求。运算放大器u1,u2构成两个电压跟随电路，实现对标准电流输入的电压v1和adc采样端输出的电压v2这两个电压的缓冲，然后将这两个缓冲后的电压连接反馈到选通开关电路中，减小电路中二极管和mos管上的压差，进一步减小漏电流。
30.本发明实施例的工作原理如下：
31.假定电路中d1、d2、d7二极管的正向导通压降为vd，d3、d4、d6二极管的正向导通压降为vdm，导通mos管的压降忽略不计。
32.1、当选择将电流注入时，注入电流选通信号为高电平，则mos管q1导通，标准电流i注入到限流电阻r4中。三极管q3导通，则限流电阻r2右端电压被拉为0，二极管d6导通，adc采样端电压v2经过运算放大器u1缓冲后经过二极管d6将二极管d2右端电压钳位为v2-vdm；二极管d3导通，二极管d3上端的电压为v2+vdm，则二极管d2左端的电压为v2+vdm,可知加在二极管d2两端的反向电压差为2*vdm，通过选择低正向导通压降的二极管，可将d2上的反向压差控制到小于0.1伏，而且d2是低漏电流的二极管，故产生的漏电流极小，此时adc采样端无漏电流流入或流出。
33.2、当选择不注入电流时，注入电流选通信号为低电平，则mos管q1截止，三极管q3截止，标准电流i注入端电压v1经过运算放大器u2缓冲后将限流电阻r2右端电压钳位为v1+vd，限流电阻r2上的电压忽略不计，则二极管d2左端电压为v1，则加在二极管d1两端的反向电压差几乎为0，产生的漏电流忽略不计。对应的adc采样选通信号为高，则mos管q6的源极电压为v2-vdm，漏极电压为v2，相当于mos管q6的源极和栅极压差为vdm，通过选择低正向导通压降的二极管，此压差可小于0.1伏，漏电流可忽略不计。
34.具体地，本实施例中，二极管二极管d3、d4、d6选择正向压降低的二极管，如锗二极管，可将压差降低到0.1伏以下；二极管d1、d2、d7选择低反向漏电流的二极管，如bav99之类的开关二极管，这样可以极大的减小电路整体漏电流。
35.本实施例中，若没有运算放大器u1将电压v2缓冲并通过二极管d4反馈到mos管q6
的源极，则mos管的q6源极和漏极电压大约为v2，远大于0.1伏，产生较大的漏电流。若没有运算放大器u1将电压缓冲并经过二极管d6反馈到二极管d2的右端，则二极管d2的右端电压0，左端电压为v1-vd，导致二极管d2上的反向电压不固定且有可能比较大，产生的漏电流相比本方案大；若没有运算放大器u2将电压v1缓冲并经过二极管d7将二极管d2的右端电压钳位到v1+vd，则二极管d2右端电压为vee，左端电压为vee-vd，导致二极管d1上的反向电压为vee-vd-v1，不固定且有可能比较大，产生的漏电流相比本方案大。故通过设置电压反馈电路，减小了二极管上的反向电压，即减小了二极管的反向漏电流。并且二极管上的反向电压固定，有利于进一步补偿该漏电流。
36.实施例二
37.如图4所示，本发明实施例二提供了一种多路电阻高精度测量电路，包括两个如实施例一所述的选通开关电路。具体地，本实施例中，所述各个选通开关电路共用运算放大器u1、u2。
38.本实施例中，通过控制各个选通开关电路中的注入电流选通端和adc采样选通端的电平，即可以控制其中一个开关电路选通，进行电阻测量，其漏电流小，测量精度高。
39.图4中仅给出了包括2路选通开关电路的多路电阻高精度测量电路结构示意图，应作出说明的是，本发明实施例二的多路电阻高精度测量电路并不仅仅限于包括2路选通开关电路，可以包括更多，例如3～10路，进而实现多路电阻的测量。
40.综上所述，本发明提供了一种种用于多路电阻高精度测量的低漏电流选通开关电路，其通过将mos管的漏电流转化为二极管的漏电流，另外通过简单的电压反馈电路，将加在二极管上的反向电压降低，使二极管的漏电流可以达到皮安级，而mos管的漏电流基本在纳安级别，故本电路可将漏电流减小上千倍，具有极高的应用价值。另外在adc采样端，同样也采用了电压反馈电路，将mos管的电压降低到0.1伏以下，极大的减小了这部分电路的漏电流。
41.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例例技术方案的范围。