專利名稱：直流電壓測試器及對直流電壓進(jìn)行測試的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度低成本直流電壓測試器及對直流電壓進(jìn)行測試的方法。
背景技術(shù)：
普通電壓表是采用電流表裝配的，電流表的內(nèi)阻很小，那么串連一個大的電阻，就可以直接并聯(lián)連接到需要量取電壓的兩點(diǎn)，根據(jù)歐姆定律的關(guān)系可以知道，電流表顯示的電流正比于外部電壓，所以就可以測量出電壓了，這種測量的情況往往由于輸入電阻與輸出電阻的比值關(guān)系而導(dǎo)致誤差。同時，由于市面上的電壓表往往集成到了萬用表中，或者單獨(dú)的電壓表也集成了很多其他的功能，往往價格昂貴。而且，電壓表一般獨(dú)立存在，很難集成到系統(tǒng)中。發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題
為解決上述存在誤差、成本高和很難集成到系統(tǒng)中等問題，本發(fā)明提供了一種高精度低成本直流電壓測試器及對直流電壓進(jìn)行測試的方法。
( 二 )技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種直流電壓測試器，該電壓測試器包括高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高精度穩(wěn)壓源和串口輸出電路，其中高精度穩(wěn)壓源和串口輸出電路分別連接于高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器，高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器將高精度穩(wěn)壓源的參考電壓與接收的輸入電壓進(jìn)行比較，得出比較數(shù)據(jù)，然后將該比較數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并通過串口輸出電路輸出。
上述方案中，所述高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并輸出給串口輸出電路。
上述方案中，所述高精度穩(wěn)壓源用于給高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供高精度的參考電壓。所述高精度穩(wěn)壓源由高精度參考電壓芯片實(shí)現(xiàn)，為高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供高精度的參考電壓，從而為高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器的高分辨率提供標(biāo)準(zhǔn)的電壓參考源。
上述方案中，所述串口輸出電路用于將高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的數(shù)字信號以串口的形式輸出給外部端口。所述串口輸出電路包括三根信號線:啟/閉線、時鐘線和數(shù)據(jù)線，啟/閉線決定了高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入電壓的比較與轉(zhuǎn)化，時鐘線與數(shù)據(jù)線傳遞輸入電壓的數(shù)字信號。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種對直流電壓進(jìn)行測試的方法，該方法包括:
步驟1:輸入待測直流電壓；
步驟2:高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器將輸入的待測直流電壓與高精度穩(wěn)壓源的參考電壓進(jìn)行比較，運(yùn)算得出該待測直流電壓對應(yīng)的數(shù)字信號；
步驟3:高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器將該數(shù)字信號通過串口輸出電路輸出；
步驟4:對輸出的該數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到直流電壓值。
上述方案中，所述對輸出的該數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到直流電壓值，是根據(jù)該數(shù)字信號得出直流電壓與參考電壓的比例關(guān)系，再乘以參考電壓即可得出直流電壓值。
(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明提供的直流電壓測試器及對直流電壓進(jìn)行測試的方法，采用高分辨率ADC代替電流表測量電壓，聞分辨率ADC可以對輸入電壓進(jìn)行極細(xì)的劃分,將輸入電壓與參考電壓進(jìn)行反復(fù)比較，從而將輸入電壓與參考電壓的比值關(guān)系轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出，實(shí)現(xiàn)對直流電壓的高精度低成本測量。
2、本發(fā)明提供的直流電壓測試器及對直流電壓進(jìn)行測試的方法，因?yàn)榉直媛屎芨咔页杀竞艿?，則所選擇的ADC轉(zhuǎn)化速率很低，而這并不影響對穩(wěn)定的直流電壓的測量。對于輸出的數(shù)字信號經(jīng)過換算與參考電壓進(jìn)行對比便能得出輸入電壓的電壓值。串口輸出數(shù)字信號，可以使電壓測試器方便與其他系統(tǒng)集成，在單片機(jī)或主控電腦的幫助下能很快得到輸入電壓值，并加以利用、運(yùn)算。因此，本發(fā)明大幅度降低直流電壓測試的成本，且結(jié)構(gòu)簡單，精度高。
3、隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)電壓測試被要求集成到測試系統(tǒng)中時，本發(fā)明提供的直流電壓測試器及對直流電壓進(jìn)行測試的方法將會有更大的潛力。


圖1是本發(fā)明提供的低成本直流電壓測試器的結(jié)構(gòu)示意圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例的量程范圍為0-4.096V、分辨率為14bit的低成本直流電壓測試器的結(jié)構(gòu)示意圖3是采用本發(fā)明提供的電壓測試器與采用常用萬用表對直流電壓進(jìn)行測量的對比示意圖4是采用本發(fā)明提供的電壓測試器與采用常用萬用表對直流電壓進(jìn)行測量得到的電壓值的對比曲線。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明是采用高分辨率ADC代替電流表測量直流電壓，高分辨率ADC可以對輸入電壓進(jìn)行極細(xì)的劃分，將輸入電壓與參考電壓進(jìn)行反復(fù)比較，從而將輸入電壓與參考電壓的比值關(guān)系轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出，實(shí)現(xiàn)對直流電壓的高精度低成本測量
圖1是本發(fā)明提供的低成本直流電壓測試器的結(jié)構(gòu)示意圖，該電壓測試器包括高分辨率ADC、高精度穩(wěn)壓源和串口輸出電路，高精度穩(wěn)壓源和串口輸出電路分別連接于高分辨率ADC。其中，高分辨率ADC用于將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并輸出給串口輸出電路；高精度穩(wěn)壓源用于給高分辨率ADC提供高精度的參考電壓；串口輸出電路用于將高分辨率ADC轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號輸出。在本發(fā)明中，高分辨率ADC的分辨率一般介于12-14位分辨率之間，高精度穩(wěn)壓源的精度一般介于0.1-0.5%精度之間。
上述各組成部分的連接關(guān)系如圖1所示，其中高分辨率ADC將高精度穩(wěn)壓源的參考電壓與接收的輸入電壓進(jìn)行比較，得出比較數(shù)據(jù)，然后將該比較數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并通過串口輸出電路輸出。在處理數(shù)據(jù)時，根據(jù)數(shù)字信號得出直流電壓與參考電壓的比例關(guān)系，再乘以參考電壓即可得出直流電壓值。
高分辨率ADC可以對輸入電壓進(jìn)行極細(xì)的劃分，并將該輸入電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出。因?yàn)榉直媛屎芨叨杀竞艿?，則高分辨率ADC轉(zhuǎn)化速率很低，但這并不影響對穩(wěn)定直流電壓的測量。高精度穩(wěn)壓源由高精度參考電壓芯片實(shí)現(xiàn)，可以為高分辨率ADC提供高精度的參考電壓，從而為高分辨率ADC的高分辨率提供標(biāo)準(zhǔn)的電壓參考源。串口輸出電路能將高分辨率ADC產(chǎn)生的數(shù)字信號以串口的形式輸出給外部端口。
圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例的量程范圍為0-4.096V、分辨率為14bit的低成本直流電壓測試器的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，選用的高分辨率ADC為14位高分辨率ADC，高精度穩(wěn)壓源為高精度4.096V參考電壓芯片。串口輸出電路包括三根信號線:啟/閉線、時鐘線和數(shù)據(jù)線，啟/閉線決定了高分辨率ADC對輸入電壓的比較與轉(zhuǎn)化，時鐘線與數(shù)據(jù)線傳遞輸入電壓的數(shù)字信號。本實(shí)施例選用了 4.096V高精度參考電壓芯片，由于高分辨率ADC為14位數(shù)字信號，故電壓分辨率< lmV。在圖3中經(jīng)過與常用電壓表的對比可以看出本實(shí)施例的精度。
基于圖1和圖2所示的低成本直流電壓測試器，本發(fā)明還提供了一種對直流電壓進(jìn)行測試的方法，該方法包括以下步驟:
步驟1:輸入待測直流電壓；
步驟2:高分辨率ADC將輸入的待測直流電壓與高精度穩(wěn)壓源的參考電壓進(jìn)行比較，運(yùn)算得出該待測直流電壓對應(yīng)的數(shù)字信號；
步驟3:高分辨率ADC將該數(shù)字信號通過串口輸出電路輸出；
步驟4:對輸出的該數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到直流電壓值。根據(jù)該數(shù)字信號得出直流電壓與參考電壓的比例關(guān)系，再乘以參考電壓即可得出直流電壓值。
以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直流電壓測試器，其特征在于，該電壓測試器包括高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高精度穩(wěn)壓源和串口輸出電路，其中高精度穩(wěn)壓源和串口輸出電路分別連接于高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器，高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器將高精度穩(wěn)壓源的參考電壓與接收的輸入電壓進(jìn)行比較，得出比較數(shù)據(jù)，然后將該比較數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并通過串口輸出電路輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電壓測試器，其特征在于，所述高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并輸出給串口輸出電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電壓測試器，其特征在于，所述高精度穩(wěn)壓源用于給高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供高精度的參考電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流電壓測試器，其特征在于，所述高精度穩(wěn)壓源由高精度參考電壓芯片實(shí)現(xiàn)，為高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供高精度的參考電壓，從而為高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器的高分辨率提供標(biāo)準(zhǔn)的電壓參考源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電壓測試器，其特征在于，所述串口輸出電路用于將高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的數(shù)字信號以串口的形式輸出給外部端口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流電壓測試器，其特征在于，所述串口輸出電路包括三根信號線:啟/閉線、時鐘線和數(shù)據(jù)線，啟/閉線決定了高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入電壓的比較與轉(zhuǎn)化，時鐘線與數(shù)據(jù)線傳遞輸入電壓的數(shù)字信號。
7.一種對直流電壓進(jìn)行測試的方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的直流電壓測試器，該方法包括: 步驟1:輸入待測直流電壓； 步驟2:高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器將輸入的待測直流電壓與高精度穩(wěn)壓源的參考電壓進(jìn)行比較，運(yùn)算得出該待測直流電壓對應(yīng)的數(shù)字信號； 步驟3:高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器將該數(shù)字信號通過串口輸出電路輸出； 步驟4:對輸出的該數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到直流電壓值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對直流電壓進(jìn)行測試的方法，其特征在于，所述對輸出的該數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到直流電壓值，是根據(jù)該數(shù)字信號得出直流電壓與參考電壓的比例關(guān)系，再乘以參考電壓即可得出直流電壓值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流電壓測試器及對直流電壓進(jìn)行測試的方法，該電壓測試器包括高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高精度穩(wěn)壓源和串口輸出電路，其中高精度穩(wěn)壓源和串口輸出電路分別連接于高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器，高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器將高精度穩(wěn)壓源的參考電壓與接收的輸入電壓進(jìn)行比較，得出比較數(shù)據(jù)，然后將該比較數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并通過串口輸出電路輸出。因?yàn)榉直媛屎芨咔页杀竞艿?，則所選擇的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化速率很低，而這并不影響對穩(wěn)定的直流電壓的測量。串口輸出數(shù)字信號，可以使電壓測試器方便與其他系統(tǒng)集成，在單片機(jī)或主控電腦的幫助下能很快得到輸入電壓值，并加以利用、運(yùn)算。因此，本發(fā)明大幅度降低直流電壓測試的成本，且結(jié)構(gòu)簡單，精度高。
文檔編號G01R19/25GK103105524SQ201110356068
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者趙志儒, 閻躍鵬, 于進(jìn)勇, 張曉飛 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所