电阻测试电路及电阻测试方法与流程

1.本发明涉及电阻测量领域，具体涉及一种电阻测试电路及电阻测试方法。


背景技术：

2.电阻是基本的电参数之一，其测量的方法很多，为了能够准确实用的测量电阻值，对于不同电阻采用的测量方法和使用的仪表不同。
3.目前测两个电阻的差值的方案是分别测试两个电阻的阻值，然后进行相减运算。现有的一种测试电阻的方案是按照如图1所示的电阻测试电路，对mn两节点之间的电阻阻值r进行测量，这种测量方法被称为四线法测电阻。其中，a端连接的是电流源i，b端接地，c端和d端分别与电阻r的m和n两节点相连接。c端和d端之间连接电压表v。这种测量方式能够避免连线am和连线bn之间的寄生电阻对测试结果产生影响。测得的电阻阻值是c端和d端连接的电压表v测得的电压值与流过电阻r的电流值的比值。
4.但该种方法在成测(final test)过程中，电阻的测试精度直接受到电压表精度与电流源精度的限制。一般的，测试机台上配置的较高精度的电压表精度是0.05％，电流源精度是0.05％。也就是说在测量电压和测量流过电阻的电流的时候，均会出现万分之五的随机误差。按照现有方案，这两个误差叠加将会使测得的单个电阻的阻值将出现接近千分之一的测试误差，对两个电阻阻值做差后将出现千分之二的误差，这显然是不能满足高精度的电阻阻值差值的测量需求，同时其可靠性较差。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电阻测试电路及电阻测试方法，可以提高两个被测电阻的差值测量电路的测量精度，同时提高了测试系统的可靠性。
6.一方面本发明提供了一种电阻测试电路，用于测量两个被测电阻的电阻差值，该电阻测试电路包括：
7.分压模块，包括串联于供电端与地之间的电流源、标准电阻、第一待测电阻和第二待测电阻；
8.第一测试模块，其输入端连接标准电阻的两端形成第一路径，根据该标准电阻两端的电压生成第一测试电压；
9.第二测试模块，其输入端分别连接在第一待测电阻的两端和第二待测电阻的两端，根据该第一待测电阻两端的电压和该第二待测电阻两端的电压生成第二测试电压，
10.其中，该第二测试电压表征前述第一待测电阻和前述第二待测电阻的电阻差值，该电阻测试电路根据标准电阻的阻值、第一测试电压和前述第二测试电压获得该第一待测电阻和该第二待测电阻的电阻差值。
11.优选地，第二测试模块包括：
12.第一测试单元，其输入端连接第一待测电阻的两端形成第二路径，根据该第一待测电阻两端的电压生成第三测试电压；
13.第二测试单元，其输入端连接第二待测电阻的两端形成第三路径，根据该第二待测电阻两端的电压生成第四测试电压；
14.第三测试单元，其输入端分别连接前述第一测试单元的输出端和前述第二测试单元的输出端，根据前述第三测试电压和前述第四测试电压生成前述的第二测试电压。
15.优选地，该第一测试模块包括第一放大器。
16.优选地，该第一测试单元包括第三放大器，该第二测试单元包括第四放大器，该第三测试单元包括第二放大器。
17.优选地，前述第一放大器、第三放大器和前述第四放大器三者各自的放大增益值相同，或三者中存在至少一个的放大增益值与其他二者的放大增益值不同。
18.优选地，前述第一放大器、第二放大器、第三放大器、和前述第四放大器为仪表放大器。
19.优选地，前述标准电阻为精密电阻。
20.另一方面本发明还提供了一种电阻测试方法，用于测量两个被测电阻的电阻差值，其包括：
21.在标准电阻、第一待测电阻和第二待测电阻的串联线路上施加预设的测试电流；
22.获取该预设测试电流下标准电阻两端的第一测试电压；
23.根据该预设测试电流下第一待测电阻两端的电压和第二待测电阻两端的电压生成第二测试电压；
24.根据标准电阻的阻值、第一测试电压和第二测试电压获得第一待测电阻和第二待测电阻的电阻差值，
25.其中，该第二测试电压表征该第一待测电阻和该第二待测电阻的电阻差值。
26.优选地，前述根据该预设测试电流下第一待测电阻两端的电压和第二待测电阻两端的电压生成第二测试电压中，包括：
27.根据第一待测电阻两端的电压生成第三测试电压；
28.根据第二待测电阻两端的电压生成第四测试电压；以及
29.根据该第三测试电压和该第四测试电压生成前述第二测试电压。
30.优选地，前述根据该第三测试电压和该第四测试电压生成前述第二测试电压后，还包括：
31.获取生成该第二测试电压的第三测试单元的第二增益值。
32.优选地，生成该第一测试电压的第一测试模块的第一增益值、生成该第三测试电压的第一测试单元的第三增益值和生成该第四测试电压的第二测试单元的第四增益值三者相同，或三者中存在至少一个与其他二者不同。
33.优选地，前述根据标准电阻的阻值、第一测试电压和第二测试电压获得第一待测电阻和第二待测电阻的电阻差值包括：
34.根据标准电阻的阻值、第一测试电压、第二测试电压以及生成该第二测试电压的第三测试单元的第二增益值获得该第一待测电阻和该第二待测电阻的电阻差值。
35.本发明的有益效果是：本发明提供了一种电阻测试电路及电阻测试方法，通过在标准电阻、第一待测电阻和第二待测电阻的串联线路上施加预设的测试电流；然后获取该预设测试电流下标准电阻两端的第一测试电压；再根据该预设测试电流下第一待测电阻两
端的电压和第二待测电阻两端的电压生成第二测试电压；最后根据标准电阻的阻值、第一测试电压和第二测试电压获得该第一待测电阻和该第二待测电阻的电阻差值。有效提高了可实现两个被测电阻差值测量的电路的电阻测量精度，同时该电路输出稳定、响应速度快，并且可靠性高。
附图说明
36.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
37.图1示出现有技术中一种电阻测试电路的结构示意图；
38.图2示出本发明实施例提供的一种电阻测试电路的结构示意图；
39.图3示出图2所示电阻测试电路的一种电路结构图；
40.图4示出本发明实施例提供的一种电阻测试方法的流程示意图。
具体实施方式
41.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
42.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
43.下面，参照附图对本发明进行详细说明。
44.图2示出本发明实施例提供的一种电阻测试电路的结构示意图，图3示出图2所示电阻测试电路的一种电路结构图。
45.参考图2和图3，一方面本发明实施例提供了一种电阻测试电路200，用于测量两个被测电阻的电阻差值，该电阻测试电路200包括：分压模块210、第一测试模块220和第二测试模块230，其中，该分压模块210包括串联于供电端vdd与地之间的电流源i1、标准电阻r1、第一待测电阻r2和第二待测电阻r3，该第一测试模块220的输入端连接标准电阻r1的两端a和b形成第一路径，根据该标准电阻r1两端的电压生成第一测试电压v1；该第二测试模块230的输入端分别连接在该第一待测电阻r2的两端c和d与该第二待测电阻r3的两端e和f，根据该第一待测电阻r2两端的电压和该第二待测电阻r3两端的电压生成第二测试电压v2，其中，该第二测试电压v2表征该第一待测电阻r2和该第二待测电阻r3的电阻差值，该电阻测试电路200根据所该标准电阻r1的阻值、该第一测试电压v1和该第二测试电压v2获得该第一待测电阻r2和该第二待测电阻r3的电阻差值。
46.在一种优选的实施方案中，该第二测试模块230包括：第一测试单元231、第二测试单元232和第三测试单元233，具体的，该第一测试单元231的输入端连接在该第一待测电阻r2的c、d两端形成第二路径，根据该第一待测电阻r2两端的电压生成第三测试电压v3；该第二测试单元232的输入端连接在该第二待测电阻r3的e、f两端形成第三路径，根据该第二待测电阻r3两端的电压生成第四测试电压v4；该第三测试单元233的输入端分别连接该第一
测试单元231的输出端和该第二测试单元232的输出端，根据该第三测试电压v3和该第四测试电压v4生成该第二测试电压v2。
47.在一种优选的实施方案中，该第一测试模块220例如包括但不限于第一放大器ina1。
48.在一种优选的实施方案中，该第一测试单元231包括第三放大器ina3，该第二测试单元232包括第四放大器ina4，该第三测试单元233包括第二放大器ina2。
49.进一步地，该第一放大器ina1、该第三放大器ina3和该第四放大器ina4的放大增益值相同。
50.在此需要说明的是，该第一放大器ina1、该第三放大器ina3和该第四放大器ina4三者的的放大增益值三者各自的放大增益值可以相同，或者三者中存在至少一个的放大增益值与其他二者的放大增益值不同，在此不作限制，只是在本发明优选的实施例中，通过设置该第一放大器ina1、该第三放大器ina3和该第四放大器ina4三者的放大增益值相同，便于测试过程中变量的控制和调整以及测试结果的计算。
51.在一种优选的实施方案中，该第一放大器ina1、该第二放大器ina2、该第三放大器ina3和该第四放大器ina4为仪表放大器，当然对应第一测试模块220、第一测试单元231、第二测试单元232和第三测试单元233的放大功能还可以通过其他方式实现。例如，每一测试模块或测试单元可通过一个或多个运算放大器搭建具有相同放大功能的放大电路，在此不作限制。在本实施例中，各仪表放大器的正相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，因此可以有效提高测试电路中的共模抑制比(cmrr)，改善测试效果，提高测量准确度。
52.在一种优选的实施方案中，该标准电阻r1为精密电阻，该精密电阻是通过八位半数字万用表(八位半测得电阻的精度在0.0007％左右，可满足多种仪器测试条件下的需求，故可以基本认为不存在误差)测试得出电阻值，且拥有低时间漂移与低温度漂移，在本实施例中的电阻测试电路200中使用，能改善测试效果，提高测量准确度。
53.另一方面本发明实施例还提供了一种用于测量两个被测电阻的电阻差值的电阻测试方法，参考图4，该电阻测试方法包括：
54.步骤s110：在标准电阻、第一待测电阻和第二待测电阻的串联线路上施加预设的测试电流。
55.在步骤s110中，通过依次串联于供电端与地之间的电流源、标准电阻、第一待测电阻和第二待测电阻形成的分压模块中的电流源，为串联线路上的标准电阻、第一待测电阻和第二待测电阻施加预设的测试电流。
56.步骤s120：获取该预设测试电流下标准电阻两端的第一测试电压。
57.在步骤s120中，通过第一测试模块的输入端连接在标准电阻的两端形成第一路径，根据该标准电阻两端的电压生成第一测试电压。
58.步骤s130：根据该预设测试电流下第一待测电阻两端的电压和第二待测电阻两端的电压生成第二测试电压。
59.在步骤s130中，通过第一测试单元的输入端连接第一待测电阻的两端形成第二路径，根据第一待测电阻两端的电压生成第三测试电压，通过第二测试单元的输入端连接第
二待测电阻的两端形成第三路径，根据第二待测电阻两端的电压生成第四测试电压，以及根据该第三测试电压和第四测试电压生成第二测试电压。
60.步骤s140：获取生成该第二测试电压的第三测试单元的第二增益值。
61.在本实施例中，该第一测试模块例如包括第一放大器，该第一测试单元包括第三放大器，该第二测试单元包括第四放大器，该第三测试单元包括第二放大器。进一步地，该第一放大器、该第三放大器和该第四放大器三者各自的放大增益值相同，或三者中存在至少一个的放大增益值与其他二者的放大增益值不同。
62.在此需要说明的是，该第一放大器、该第三放大器和该第四放大器三者的的放大增益值三者各自的放大增益值可以相同，或者三者中存在至少一个的放大增益值与其他二者的放大增益值不同，在此不作限制，只是在本发明优选的实施例中，通过设置该第一放大器、该第三放大器和该第四放大器三者的放大增益值相同，便于测试过程中变量的控制和调整以及测试结果的计算。
63.在进一步地实施方案中，该第一放大器、该第二放大器、该第三放大器和该第四放大器可以是但不限于仪表放大器。当然对应第一测试模块、第一测试单元、第二测试单元和第三测试单元的放大功能还可以通过其他方式实现。例如，每一测试模块或测试单元可通过一个或多个运算放大器搭建具有相同放大功能的放大电路，在此不作限制。
64.在步骤s140中，获取生成该第二测试电压的第三测试单元中第三放大器(仪表放大器)的第二增益值。
65.步骤s150：根据标准电阻的阻值、第一测试电压、第二测试电压以及生成该第二测试电压的第三测试单元的第二增益值获得第一待测电阻和第二待测电阻的电阻差值。
66.参考图3所示电阻测试电路200，我们可以得到：
67.第一测试模块220中第一放大器ina1的输出电压v1：
68.v1＝i*r1*g1
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(1)
69.在公式(1)中，g1为第一放大器ina1的放大增益值，r1为标准电阻r1的阻值，i为电流源i1提供的预设的测试电流的电流值，进一步地，该标准电阻r1为精密电阻；
70.以及，第二测试模块230中第三放大器ina3的输出电压v3：
71.v3＝i*r2*g3
ꢀꢀꢀ
(2)
72.在公式(2)中，g3为第三放大器的放大增益值，r2为第一待测电阻r2的阻值；
73.以及，第二测试模块230中第四放大器ina4的输出电压v4：
74.v4＝i*g4*r2
ꢀꢀꢀ
(3)
75.在公式(3)中，g4为第四放大器的放大增益值，且在本实施例中，第一放大器ina1的放大增益值g1、第三放大器ina3的放大增益值g3和第四放大器的放大增益值g4相同；
76.以及，结合上述公式(2)和公式(3)可得到第二测试模块230中第二放大器ina2的输出电压v2：
77.v2＝i*g1*g2*(r2-r3)
ꢀꢀꢀ
(4)
78.在公式(4)中，r2为第一待测电阻r2的阻值，r3为第二待测电阻r3的阻值。
79.结合上述公式(1)和(4)，可以得到：
80.81.整理上述公式(4)即可得到第一待测电阻r2和第二待侧电阻r3的电阻差值为：
[0082][0083]
上述公式(6)中，r1是精密电阻，g2是第二放大器ina2的电压增益值。在这个式子中v2/v1的值是两个经过0.05％精度电压表测量的电压的比值，存在最大0.1％的误差。但是，在计算(r2-r3)的公式(6)中，这个比值的测试误差被除以了第二增益g2。g2一般可以被设置在100倍以上，这样，测试带来的误差就被降低到0.001％。也就是说，两个待测电阻的电阻差值(r2-r3)的测试精度可以达到0.001％，有效提高了可实现两个被测电阻差值测量的电阻测试电路的电阻测量精度，同时该电路输出稳定、响应速度快，并且可靠性高。
[0084]
应当说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0085]
此外，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0086]
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。