电子系统设计调试过程中电压测量不可或缺

　　在电子系统设计调试过程中，开关电源模块电压测量往往是一个测控或测量系统中不可缺的项目。对于电压测量，若其在一个小动态范围内变化，则无论电平高低，要做到精确测量并不困难。但当被测量在宽动态范围内变化时，例如从mV级甚至μV级到V级，做到测量误差均匀的控制在一定范围之内，常用的方式是切换量程，即指定MTD2002测量范围，例如常用的MTD2002数字电压表等仪器。然而在许多情况下为了保证测量的实时性，测量时不可能变换测量通道的量程，因此要在整个开关电源模块电压变化范围内做到精确测量就凸显出其重要性。本文基于MCU AT89C51控制，实现了一种自动量程切换的电压测试系统。

　　1 电压测量原理及系统组成

　　为了对不同量级的电压信号进行测量，对开关电源模块输入信号进行放大时就不能采用相同的增益倍数。MTD2002系统要求能根据不同信号幅值，自动选择相适应的增益倍数。在本方案中采用单片机判断输入电平的量级，通过通道选择开关，控制前级放大器的增益系数，使其输出符合后级ADC的输入电平要求。再通过MCU对采样结果计算分析，将得到的结果显示在LED显示器上，可以通过按键控制测量的起始状态，默认状态下为一直处于测量状态。为消除信道在不同温度、湿度等状态下对测量的影响，增加了基准电压自校准功能，其测量系统框图如图1所示。

　　2 系统硬件电路

　　2.1 前级程控放大电路

　　由于输入信号最小为μV级，对于前级放大器的要求很高，需要有合适的开关电源模块温度系数、噪声系数等。目前一些方案中多数采用MTD2002斩波放大器。本文采用ADI公司的具有超低失调、超低漂移和偏置电流特性的宽带自稳零放大器AD8628，可提供自稳零或斩波稳定放大器才具有的特性优势，将低成本与高精度、低噪声特性融于一体。AD8628的失调电压仅为1μV，失调电压漂移小于0.005μV/℃，噪声仅为0.5μV峰峰值，因而适合不容许存在误差源的应用。其在工作温度范围内的漂移接近零，对位置和压力传感器、医疗设备以及应变计放大器应用极为有利，可以利用AD8628提供的轨到轨输入和输出摆幅能力，以降低输入偏置复杂度，并使信噪比达到最大。具体电路如图2所示。

　　该部分中，实现增益控制主要依靠通道选择，本方案中采用四通道选择器ADG804，该器件导通电阻小于0.8 Ω，MTD2002单电源供电，封装小，温度适应性强，通过地址线A0和A1选择导通路。单片机I/O口送数至ADG804的地址输入端，选择不同的反馈电阻值Rf，通过式(1)得到不同的放大增益系数G，进而确定事先定义的不同档位的切换。