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基于PWM的精密可调直流标准源设计

郭俊言 杨春玲 杨旭强 齐超

郭俊言,杨春玲,杨旭强,等. 基于PWM的精密可调直流标准源设计[J]. 计量科学与技术,2023, 67(1): 3-9 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0045
引用本文: 郭俊言,杨春玲,杨旭强,等. 基于PWM的精密可调直流标准源设计[J]. 计量科学与技术,2023, 67(1): 3-9 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0045
GUO Junyan, YANG Chunling, YANG Xuqiang, QI Chao. Design of Precision Adjustable DC Standard Source Based on PWM[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(1): 3-9. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0045
Citation: GUO Junyan, YANG Chunling, YANG Xuqiang, QI Chao. Design of Precision Adjustable DC Standard Source Based on PWM[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(1): 3-9. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0045

基于PWM的精密可调直流标准源设计

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0045
基金项目: 黑龙江省高等教育教学改革重点委托项目(SJGZ20200052、SJGZ20200048);哈尔滨工业大学教学发展基金项目(XSZ2020005)。
详细信息
    作者简介:

    郭俊言(1999-),哈尔滨工业大学硕士研究生,研究方向:精密仪器仪表、电子系统设计等,邮箱:elizabeth_g@163.com

    通讯作者:

    杨春玲(1965- ),哈尔滨工业大学教授,研究方向:信号检测与处理、高精度仪器仪表设计、大规模集成电路研究,邮箱:1300802724@qq.com

Design of Precision Adjustable DC Standard Source Based on PWM

  • 摘要: 在高精度测试仪表直流输出校准、精密测量、计量系统研制领域,需要研究直流标准源精度及分辨率提升策略,实现精密可调直流标准源国产化。研制了一种精密可调直流标准源,采用双路PWM合成的分压调控方式,实现输出直流电压0.1 µV的分辨率;通过温度补偿、精密倒相、无漂移滤波和电流补偿技术达到了输出4 ppm不确定度的指标,并编写了补偿校正算法以提高输出精度。通过实验测试验证,所开发的直流标准源长期工作稳定可靠,可以满足高性能直流基准使用需求。
  • 图  1  基于PWM的精密可调直流标准源方案

    Figure  1.  Scheme of precision adjustable DC standard source based on PWM

    图  2  双路PWM合成电阻衰减网络

    Figure  2.  Dual-channel PWM synthesized resistance attenuation network

    图  3  高精度可调直流标准源系统简化结构图

    Figure  3.  Simplified structure diagram of high precision adjustable DC standard source system

    图  4  高精度可调直流标准源系统等效结构图

    Figure  4.  Equivalent structure diagram of high precision adjustable DC standard source system

    图  5  基于LTFLU-1的反馈放大电路

    Figure  5.  Feedback amplifier circuit based on LTFLU-1

    图  6  闭环反馈控制调整过程

    Figure  6.  Closed-loop feedback control adjustment process

    图  7  精密储能反相电路原理图

    Figure  7.  Schematic diagram of precision energy storage inverting circuit

    图  8  精密储能反相电路噪声分析

    Figure  8.  Noise analysis of precision energy storage inverting circuit

    图  9  低噪声无漂移低通滤波器

    Figure  9.  Low-noise drift-free low-pass filter

    图  10  低噪声无漂移低通滤波器噪声分析

    Figure  10.  Noise analysis of low-noise drift-free low-pass filter

    图  11  +7V直流标准电流自适应补偿电路

    Figure  11.  +7V DC standard current adaptive compensation circuit

    图  12  直流标准源系统自动测试平台

    Figure  12.  Automatic test platform for DC standard source system

    图  13  +7V直流标准电压稳定性测试

    Figure  13.  Stability test of +7V DC standard voltage

    图  14  直流标准源+5V输出结果测试

    Figure  14.  Test of DC standard source with + 5V output

    表  1  基准芯片指标对比

    Table  1.   Reference chip index comparison

    型号温度系数(ppm/℃)年漂移(ppm/kh)电压(V)
    LM38550602.5
    LM3990.5606.95
    AD58428010
    MAX63500.5802.5
    LTFLU-1516.7
    ADR2913502.5
    TL4310.3502.5~36
    下载: 导出CSV

    表  2  补偿校正前后测试

    Table  2.   Test results before and after compensation calibration

    设定校正前输
    出值/V
    校正前输
    出误差/V
    校正后输
    出值/V
    校正后输
    出误差/V
    −7−6.99877890.0012211−7.0000036−3.6E-06
    −6−5.99872290.0012771−6.0000000
    −5−4.99866620.0013338−4.99999851.5E-06
    −4−3.99861090.0013891−3.99999732.7E-06
    −3−2.99855380.0014462−3.0000025−2.5E-06
    −2−1.99849210.0015079−2.0000027−2.7E-06
    −1−0.99849210.0015621−1.0000008−8E-07
    00.00160570.00160570.00000676.7E-06
    11.00165770.00165771.00000444.4E-06
    22.00171120.00171122.00000515.1E-06
    33.00176020.00176023.00000484.8E-06
    44.00181050.00181054.0000066E-06
    55.00186250.00186255.0000066E-06
    66.00191110.00191116.00000515.1E-06
    77.0019540.0019547.00000484.8E-06
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-15
  • 录用日期:  2022-05-09
  • 网络出版日期:  2023-02-09
  • 刊出日期:  2023-01-18

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