交流量子电阻传递电桥的自动移相电路及方法技术

本发明专利技术涉及一种交流量子电阻传递电桥的自动移相电路及方法，所述电路包括：波形存储器；控制器，与所述波形存储器连接；数模转换器，与所述控制器连接；功率放大器，与所述数模转换器和交流量子电阻传递电桥的输入端连接；切换电路，与所述交流量子电阻传递电桥的输出端连接；低噪声放大器，与所述切换电路连接；相敏检波器，与所述低噪声放大器连接；触发器，与所述控制器和所述相敏检波器连接；放大电路，与所述相敏检波器连接；模数转换器，与所述放大电路和所述控制器连接，所述方法基于所述电路对交流量子电阻传递电桥实现自动移相，可有效解决参考信号和被测电阻电压信号之间相位差不为零的问题，提高交流量子电阻传递电桥的指零准确度。指零准确度。指零准确度。

【技术实现步骤摘要】
交流量子电阻传递电桥的自动移相电路及方法


[0001]本专利技术涉及电路
，具体涉及一种交流量子电阻传递电桥的自动移相电路及方法。

技术介绍

[0002]交流量子电阻传递电桥指零平衡在电桥测量过程中是影响准确度的关键因素之一。交流量子电阻传递电桥通常采用匝比技术实现传递比例，其与标准电阻和被测电阻形成桥路，如图1所示，图1示出了一种交流量子电阻传递电桥的原理示意图，通过指零仪判断电桥是否平衡，指零测量的准确度和分辨力决定了测量结果的不确定度。交流量子电阻传递电桥的测量不确定度需达到10
‑8量级，因此指零测量的分辨力需到达10
‑9量级，通常被测电阻上的压降为1V时，10
‑9量级的分辨力要求指零测量分辨到1nV，由于各种噪声的影响，测量难度很大，需采用锁相技术抑制噪声干扰。因此锁相技术是交流量子电阻传递电桥指零测量的关键设备，通过其中的相敏检波器使被测量的微弱信号与同频同相的参考信号进行相关，从而在背景噪声中将被测微弱信号提取并转换为容易测量的直流信号。
[0003]传统基于锁相放大器的交流电阻传递电桥指零测量系统中，将激励信号源施加于交流量子电阻传递电桥的电源端口从而在指零端口产生被检信号，另一路与激励信号同频的方波作为参考信号施加于锁相放大器。在测量中，参考信号与被检信号的相位差对测量结果有重要影响，其过程存在两个问题：一是锁相放大器内部坐标系与参考信号的相位不同，商用锁相放大器可采用自动相位功能实现相位同步；二是交流电阻传递电桥系统对激励信号有移相作用，被测电阻上的电压相位与电源端口的相位不一致，需要手动调节锁相放大器的相位调节旋钮实现相位差为零，但经常调节不到理想状态，从而影响交流电阻传递电桥指零测量的准确度。因此，对参考信号与激励信号之间的相位进行自动调节，实现参考信号与被测电阻上电压信号的相位差为零，保证交流量子电阻传递电桥指零系统的高准确度。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例旨在提出一种交流量子电阻传递电桥的自动移相电路及方法，解决交流量子电阻传递电桥参考信号和被测电阻上电压信号之间相位差不为零的问题，可提高交流量子电阻传递电桥的指零准确度。
[0005]第一方面，本专利技术第一实施例提供一种交流量子电阻传递电桥的自动移相电路，所述电路包括：
[0006]波形存储器；
[0007]控制器，与所述波形存储器连接；
[0008]数模转换器，与所述控制器连接；
[0009]功率放大器，与所述数模转换器和所述交流量子电阻传递电桥的输入端连接；
[0010]切换电路，与所述交流量子电阻传递电桥的输出端连接；
[0011]低噪声放大器，与所述切换电路连接；
[0012]相敏检波器，与所述低噪声放大器连接；
[0013]触发器，与所述控制器和所述相敏检波器连接；
[0014]放大电路，与所述相敏检波器连接；
[0015]模数转换器，与所述放大电路和所述控制器连接。
[0016]在本专利技术的优选实施例中，所述波形存储器的输出端与所述控制器的输入端连接，所述波形存储器被配置为输出正弦波信号数据至所述控制器；
[0017]所述控制器的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述控制器被配置为输出所述正弦波信号数据至所述数模转换器，所述数模转换器被配置为将所述正弦波信号数据转换为正弦波信号；
[0018]所述数模转换器的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述数模转换器被配置为输出所述正弦波信号至所述功率放大器，所述功率放大器被配置为处理所述正弦波信号并输出处理后的信号至所述交流量子电阻传递电桥作为所述交流量子电阻传递电桥的激励信号；
[0019]所述交流量子电阻传递电桥根据所述激励信号在被测电阻端和指零端口上产生同频信号；
[0020]所述切换电路的输入端与所述交流量子电阻传递电桥的输出端连接，用于选择被测电阻上电压信号或指零信号为待测信号；
[0021]所述低噪声放大器的输入端与所述切换电路的输出端连接；
[0022]所述相敏检波器的输入端与所述低噪声放大器的输出端连接；
[0023]所述触发器的输入端与所述控制器的输出端连接，所述控制器被配置为输送参考信号参数至所述触发器；
[0024]所述触发器的输出端与所述相敏检波器的输入端连接，所述触发器被配置为输出所述参考信号至所述相敏检波器；
[0025]所述放大电路的输入端与所述相敏检波器的输出端连接，所述相敏检波器被配置为根据所述待测信号和所述参考信号输出相应的直流信号至所述放大电路；
[0026]所述模数转换器的输入端与所述放大电路的输出端连接，所述放大电路被配置为放大所述直流信号并输出至所述模数转换器；
[0027]所述模数转换器的输出端与所述控制器的输入端连接，所述模数转换器被配置为数字化所述放大电路的输出信号并输送至所述控制器。
[0028]在本专利技术的优选实施例中，所述电路还包括：
[0029]同步时钟源，与所述控制器连接；
[0030]所述控制器被配置为在所述同步时钟源的每个触发沿之前向所述数模转换器发送所述正弦波信号数据。
[0031]在本专利技术的优选实施例中，所述电路还包括：
[0032]第一隔离器，两端分别与所述控制器和所述数模转换器连接；
[0033]第二隔离器，两端分别与所述控制器和所述触发器连接；
[0034]第三隔离器，两端分别与所述控制器和所述模数转换器连接；
[0035]第四隔离器，一端与所述同步时钟源连接、以及另一端与所述触发器的CLK输入端
和所述数模转换器的更新触发端口连接，所述第四隔离器被配置为在所述同步时钟源触发沿时，同步更新所述参考信号和所述激励信号。
[0036]在本专利技术的优选实施例中，所述相敏检波器包括前置放大模块、带通模块、相关器模块和低通滤波模块。
[0037]在本专利技术的优选实施例中，所述触发器为D型触发器。
[0038]在本专利技术的优选实施例中，所述参考信号为方波信号。
[0039]第二方面，本专利技术第二实施例提供一种交流量子电阻传递电桥的自动移相方法，应用如第一方面任一项所述的交流量子电阻传递电桥的自动移相电路，所述方法包括：
[0040]S010，设置收敛阈值V
th
，所述相敏检波器根据待测信号和参考信号输出直流电压信号；
[0041]S020，将参考信号的相位向前移相90度，所述控制器接收所述模数转换器反馈的直流电压数据V
FB1
；
[0042]S030，判断|V
FB1
|是否小于收敛阈值V
th
，若V
FB1
大于收敛阈值V
th
则进行S040，否则将参考信号的相位向后移相90度后结束；
[0043]S040，将参考信号的相位向前移相90度，所述控制器接收所述模数转换器反馈的直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交流量子电阻传递电桥的自动移相电路，其特征在于，所述电路包括：波形存储器；控制器，与所述波形存储器连接；数模转换器，与所述控制器连接；功率放大器，与所述数模转换器和所述交流量子电阻传递电桥的输入端连接；切换电路，与所述交流量子电阻传递电桥的输出端连接；低噪声放大器，与所述切换电路连接；相敏检波器，与所述低噪声放大器连接；触发器，与所述控制器和所述相敏检波器连接；放大电路，与所述相敏检波器连接；模数转换器，与所述放大电路和所述控制器连接。2.根据权利要求1所述的交流量子电阻传递电桥的自动移相电路，其特征在于，所述波形存储器的输出端与所述控制器的输入端连接，所述波形存储器被配置为输出正弦波信号数据至所述控制器；所述控制器的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述控制器被配置为输出所述正弦波信号数据至所述数模转换器，所述数模转换器被配置为将所述正弦波信号数据转换为正弦波信号；所述数模转换器的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述数模转换器被配置为输出所述正弦波信号至所述功率放大器，所述功率放大器被配置为处理所述正弦波信号并输出处理后的信号至所述交流量子电阻传递电桥作为所述交流量子电阻传递电桥的激励信号；所述交流量子电阻传递电桥根据所述激励信号在被测电阻端和指零端口上产生同频信号；所述切换电路的输入端与所述交流量子电阻传递电桥的输出端连接，用于选择被测电阻上电压信号或指零信号为待测信号；所述低噪声放大器的输入端与所述切换电路的输出端连接；所述相敏检波器的输入端与所述低噪声放大器的输出端连接；所述触发器的输入端与所述控制器的输出端连接，所述控制器被配置为输送参考信号参数至所述触发器；所述触发器的输出端与所述相敏检波器的输入端连接，所述触发器被配置为输出所述参考信号至所述相敏检波器；所述放大电路的输入端与所述相敏检波器的输出端连接，所述相敏检波器被配置为根据所述待测信号和所述参考信号输出相应的直流信号至所述放大电路；所述模数转换器的输入端与所述放大电路的输出端连接，所述放大电路被配置为放大所述直流信号并输出至所述模数转换器；所述模数转换器的输出端与所述控制器的输入端连接，所述模数转换器被配置为数字化所述放大电路的输出信号并输送至所述控制器。3.根据权利要求2所述的交流量子电阻传递电桥的自动移相电路，其特征在于，所述电路还包括：
同步时钟源，与所述控制器连接；所述控制器被配置为在所述同步时钟源的每个触发沿之前向所述数模转换器发送所述正弦波信号数据。4.根据权利要求3所述的交流量子电阻传递电桥的自动移相电路，其特征在于，所述电路还包括：第一隔离器，两端分别与所述控制器和所述数模转换器连接；第二隔离器，两端分别与所述控制器和所述触发器连接；第三隔离器，两端分别与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓钉，王忠伟，蔡建臻，王莺，虞娇兰，李京，
申请(专利权)人：北京东方计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：