一种高精度测量电阻电容的系统及电路技术方案

本发明专利技术公开了一种高精度测量电阻电容的系统，该系统包括：输入方波信号发生单元，电平转换电路单元、二次充电电路单元、二次放电电路单元、逻辑处理单元、比较电路单元，脉宽信号计时单元。本发明专利技术通过对RC充放电时间的测量，达到对R、C测量的目的，并在RC充放电电路的基础上增加了二次充放电电路与逻辑处理，加快了输出信号的上升与下降速度，提高了单次测量速度。本发明专利技术的脉冲计数的时钟频率高，实现时间分辨率达ns级的测量，将FPGA时钟频率倍频到200M，其时间分辨率为5ns，在测量电阻时通过选择较大的电容，可以提高脉冲计数值与电阻R的比例系数；或测量电容时选择较大电阻，提高脉冲计数值与电容C的比例系数；从而提高测量精度与分辨率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种高精度测量电阻电容的系统，该系统包括：输入方波信号发生单元，电平转换电路单元、二次充电电路单元、二次放电电路单元、逻辑处理单元、比较电路单元，脉宽信号计时单元。本专利技术通过对RC充放电时间的测量，达到对R、C测量的目的，并在RC充放电电路的基础上增加了二次充放电电路与逻辑处理，加快了输出信号的上升与下降速度，提高了单次测量速度。本专利技术的脉冲计数的时钟频率高，实现时间分辨率达ns级的测量，将FPGA时钟频率倍频到200M，其时间分辨率为5ns，在测量电阻时通过选择较大的电容，可以提高脉冲计数值与电阻R的比例系数；或测量电容时选择较大电阻，提高脉冲计数值与电容C的比例系数；从而提高测量精度与分辨率。【专利说明】—种高精度测量电阻电容的系统及电路
本专利技术属于电子元器件测量
，尤其涉及一种高精度测量电阻电容的系统 及电路。
技术介绍
随着电子工业的发展，电阻电容元器件应用急剧增加，应用范围也越来越广。在很 多应用场合要测试其参数。目前测量电阻的方法主要有电桥法，其基本思路是将电阻值转换成电压值或者频 率值。只要AD转换器对被测电阻两端的电压进行测量，再经过相应的运算即可。这种测量 方法结构简单，但是受到AD转换器输入电压、转换精度以及输出频率范围的影响，这种方 法测量范围小，精度低。当电压放大倍数较大时，因偏置电流的不平衡而引起的失调电压误 差大，同时放大倍数增加，降低了测量范围；采用纯模拟电路法测量电阻电容，可以避免编 程的麻烦，但是电路复杂、灵活性差、测量精度低。采用PLC(可编程逻辑控制)法设计的电阻电容测量方法速度快、体积小、可靠性 和精度好，但是价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种高精度测量电阻电容的系统及电路，旨在解决 现有的电路复杂、灵活性差、测量精度低、价格昂贵的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种高精度测量电阻电容的系统，该高精度测量电 阻电容的系统包括:输入方波信号发生单元，电平转换电路单元、二次充电电路单元、二次 放电电路单元、逻辑处理单元、比较电路单元、脉宽信号计时单元。用于产生初始输入信号，通过电平转换电路单元作用于电阻电容测量电路的输入 方波信号发生单元；与输入方波信号发生单元连接，用于不同工作电源的数字电路之间电平匹配的电 平转换电路单元，与逻辑处理单元连接，用于对电阻电容测量电路中间电位进行加速充电的二次充 电电路单元；与逻辑处理单元连接，用于电阻电容测量电路中间电位加速放电的二次放电电路 单元；与电阻电容测量电路中间电位、比较电压和输入方波信号发生单元连接，用于对 电阻电容测量电路中间端的输出结果进行比较，转换成输出方波信号的比较电路单元；与输入方波信号发生单元和比较电路单元连接，用于对初始输入信号与比较电路 单元的输出信号的处理和充放电逻辑控制的逻辑处理单元；与逻辑处理单元连接，用于对占空比正比于充放电时间的脉宽信号进行计时的脉 宽信号计时单元。进一步，输入方波信号发生单元，由FPGA晶振的时钟信号经过软件上计数分频得 到。进一步，逻辑处理单元还包括:充放电时间脉宽信号逻辑处理单元，充电逻辑处理 单元和放电逻辑处理单元；用于对初始输入信号与比较电路单元的输出信号的处理，得到占空比正比于充放 电时间的脉宽信号的充放电时间脉宽信号逻辑处理单元；与电平转换电路单元连接，通过电平转换电路单元连接二次充电电路单元，用于 完成对二次充电电路单元的充电逻辑控制的充电逻辑处理单元；与二次放电电路单元连接，用于完成对二次放电电路单元的放电逻辑控制的放电 逻辑处理单元。进一步，电平转换电路单元其中一组通过R2，R3以及Ql组成的电平转换电路，初 始输入信号由FPGA输出，幅值为3.3V，将初始输入信号转换成频率保持不变，幅值增加到 5V的输入方波信号，另外一组通过Rl、Rll和Q4组成的电平转换电路将U4的输出幅值转 换成5V，充分保证Q2工作在截止状态。进一步，二次充放电电路单元，通过R7、R8和Q2组成的充电电路以及R9、RlO和 Q3组成的放电路对电阻电容测量电路的中间电位进行加速充电和放电，加快了输出信号的 上升与下降速度，为下次测量准备了初始条件，提高了测量速度。进一步，比较电路单元，通过型号为LM393的比较器U2，R4，R5和R6组成的比较电 路对电阻电容测量电路中间端的输出结果进行比较，选择的2.5V作为比较电压值转换成 输出方波信号，使得比较电压直流漂移带来的测量误差减小到最小。进一步，逻辑处理单元由异或门U3构成的充放电时间脉宽信号逻辑处理单元，非 门Ul和与门U4构成的充电逻辑处理单元和或非门U5构成的放电逻辑处理单元组成，对输 入方波信号发生单元的输出信号和比较电路单元的输出信号进行处理，在FPGA内部完成， 提高系统的集成度，同一性。进一步，脉宽信号计时单元利用初始输入信号与输出方波信号周期相同，以此信 号分频产生另一方波信号，周期是初始输入信号周期的两倍，分频后的方波信号高电平期 间，充放电脉宽信号包含一个充电脉宽信号与一个放电脉宽信号，期间对充放电脉宽信号 进行脉宽信号计时，得到正比于RC的充放电时间，提高了计时测量的稳定性与准确性。本专利技术提供的高精度测量电阻电容的系统及电路，通过RC时间常数来测量，采用 上升半电压的方式，使充放电时间与输入电压没有关系。在RC充放电电路的基础上又增加 了二次充放电电路与逻辑处理，加快了输出信号的上升与下降速度，为下次测量准备了初 始条件，提高了测量速度。本专利技术的脉冲计数的时钟频率高，实现时间分辨率达ns级的测 量，将FPGA时钟频率倍频到200M，其时间分辨率为5ns，而且在测量电阻时可以选择较大的 电容，扩大了脉冲计数值与RC的比例系数，从而提高测量精度与分辨率。此外，本专利技术可实 现多路测量，多路测量可以共用信号源及与信号相关的逻辑信号，而且同一电路对电阻电 容可以分别进行测量。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术实施例提供的高精度测量电阻电容的系统及电路的结构示意图；图中:1、电平转换电路单元；2、二次充电电路单元；3、逻辑处理单元；3_1、充放电 时间脉宽信号逻辑处理单元；3-2、放电逻辑处理单元；3-3、充电逻辑处理单元；4、比较电 路单元；5、二次放电电路单元；6、输入方波信号发生单元；图2是本专利技术实施例提供的测量流程图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于 限定本专利技术。图1示出了本专利技术提供的高精度测量电阻电容的系统及电路结构。为了便于说 明，仅仅不出了与本专利技术相关的部分。本专利技术实施例的高精度测量电阻电容的系统，该高精度测量电阻电容的系统包 括:输入方波信号发生单元，电平转换电路单元、二次充电电路单元、二次放电电路单元、逻 辑处理单元、比较电路单元、脉宽信号计时单元。 用于产生初始输入信号，通过电平转换电路单元作用于电阻电容测量电路的输入 方波信号发生单元；与输入方波信号发生单元连接，用于不同工作电源的数字电路之间电平匹配的电 平转换电路单元，与逻辑处理单元连接，用于对电阻电容测量电路中间电位进行加速充电的二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度测量电阻电容的系统，其特征在于，该高精度测量电阻电容的系统包括：输入方波信号发生单元、电平转换电路单元、二次充电电路单元、二次放电电路单元、逻辑处理单元、比较电路单元、脉宽信号计时单元；用于产生初始输入信号，通过电平转换电路单元作用于电阻电容测量电路的输入方波信号发生单元；与输入方波信号发生单元连接，用于不同工作电源的数字电路之间电平匹配的电平转换电路单元，与逻辑处理单元连接，用于对电阻电容测量电路中间电位进行加速充电的二次充电电路单元；与逻辑处理单元连接，用于电阻电容测量电路中间电位加速放电的二次放电电路单元；与电阻电容测量电路中间电位、比较电压和输入方波信号发生单元连接，用于对电阻电容测量电路中间端的输出结果进行比较，转换成输出方波信号的比较电路单元；与输入方波信号发生单元和比较电路单元连接，用于对初始输入信号与比较电路单元的输出信号的处理和充放电逻辑控制的逻辑处理单元；与逻辑处理单元连接，用于对占空比正比于充放电时间的脉宽信号进行计时的脉宽信号计时单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王选择，曾志祥，杨练根，翟中生，范宜艳，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：