專利名稱：直流電壓測試器及對直流電壓進行測試的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電壓測試技術領域，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行測試的方法。
背景技術：
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，根據(jù)歐姆定律的關系可以知道，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系而導致誤差。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行測試的方法。
( 二 )技術方案
為達到上述目的，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)轉換器，高分辨率模數(shù)轉換器將高精度穩(wěn)壓源的參考電壓與接收的輸入電壓進行比較，得出比較數(shù)據(jù)，然后將該比較數(shù)據(jù)轉化為數(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)轉換器用于將輸入的模擬電壓轉化為數(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現(xiàn)，為高分辨率模數(shù)轉換器提供高精度的參考電壓，從而為高分辨率模數(shù)轉換器的高分辨率提供標準的電壓參考源。
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)轉換器對輸入電壓的比較與轉化，時鐘線與數(shù)據(jù)線傳遞輸入電壓的數(shù)字信號。
為達到上述目的，本發(fā)明還提供了一種對直流電壓進行測試的方法，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)壓源的參考電壓進行比較，運算得出該待測直流電壓對應的數(shù)字信號；
步驟3:高分辨率模數(shù)轉換器將該數(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可以對輸入電壓進行極細的劃分,將輸入電壓與參考電壓進行反復比較，從而將輸入電壓與參考電壓的比值關系轉化為數(shù)字信號輸出，實現(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行測試的方法，因為分辨率很高且成本很低，則所選擇的ADC轉化速率很低，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、運算。因此，本發(fā)明大幅度降低直流電壓測試的成本，且結構簡單，精度高。
3、隨著微電子技術的發(fā)展，當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構示意圖2是依照本發(fā)明實施例的量程范圍為0-4.096V、分辨率為14bit的低成本直流電壓測試器的結構示意圖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行測量得到的電壓值的對比曲線。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
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可以對輸入電壓進行極細的劃分，將輸入電壓與參考電壓進行反復比較，從而將輸入電壓與參考電壓的比值關系轉化為數(shù)字信號輸出，實現(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構示意圖，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行比較，得出比較數(shù)據(jù)，然后將該比較數(shù)據(jù)轉化為數(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可以對輸入電壓進行極細的劃分，并將該輸入電壓轉化為數(shù)字信號輸出。因為分辨率很高而成本很低，則高分辨率ADC轉化速率很低，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的高分辨率提供標準的電壓參考源。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構示意圖。在本實施例中，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化，時鐘線與數(shù)據(jù)線傳遞輸入電壓的數(shù)字信號。本實施例選用了 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)壓源的參考電壓進行比較，運算得出該待測直流電壓對應的數(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。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，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、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
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)轉換器，高分辨率模數(shù)轉換器將高精度穩(wěn)壓源的參考電壓與接收的輸入電壓進行比較，得出比較數(shù)據(jù)，然后將該比較數(shù)據(jù)轉化為數(shù)字信號并通過串口輸出電路輸出。
2.根據(jù)權利要求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)轉換器用于將輸入的模擬電壓轉化為數(shù)字信號，并輸出給串口輸出電路。
3.根據(jù)權利要求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)轉換器提供高精度的參考電壓。
4.根據(jù)權利要求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現(xiàn)，為高分辨率模數(shù)轉換器提供高精度的參考電壓，從而為高分辨率模數(shù)轉換器的高分辨率提供標準的電壓參考源。
5.根據(jù)權利要求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)轉換器對輸入電壓的比較與轉化，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行測試的方法，應用于權利要求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)壓源的參考電壓進行比較，運算得出該待測直流電壓對應的數(shù)字信號； 步驟3:高分辨率模數(shù)轉換器將該數(shù)字信號通過串口輸出電路輸出； 步驟4:對輸出的該數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)處理，得到直流電壓值。
8.根據(jù)權利要求7所述的對直流電壓進行測試的方法，其特征在于，所述對輸出的該數(shù)字信號進行數(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行測試的方法，該電壓測試器包括高分辨率模數(shù)轉換器、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)轉換器，高分辨率模數(shù)轉換器將高精度穩(wěn)壓源的參考電壓與接收的輸入電壓進行比較，得出比較數(shù)據(jù)，然后將該比較數(shù)據(jù)轉化為數(shù)字信號并通過串口輸出電路輸出。因為分辨率很高且成本很低，則所選擇的模數(shù)轉換器轉化速率很低，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、運算。因此，本發(fā)明大幅度降低直流電壓測試的成本，且結構簡單，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)先權日2011年11月11日
發(fā)明者趙志儒, 閻躍鵬, 于進勇, 張曉飛 申請人:中國科學院微電子研究所