[发明专利]一种微弱电流检测电路

说明书

本发明提出了一种微弱电流检测电路，能够实现兼顾测量动态范围和分辨力的微弱电流信号检测。本发明为了具有较高的电流分辨力同时兼顾输入动态范围，采用多量程微弱电流提取方法，采用高电阻作为跨阻，使用自动量程转换技术和高分辨力的模数转换器实现宽范围、高分辨力的电流拾取。实验结果表明，该测量方法的分辨力能够达到1pA，测量动态范围达到10⁴，可应用于气相色谱检测器、电化学气体传感器信号检测电路等。

技术领域

本发明涉及微弱信号检测技术领域，具体涉及一种微弱电流检测电路。

背景技术

微弱电流检测是一种重要的信息获取手段，广泛应用于电化学传感、气相色谱仪、痕量气体检测等领域中。在上述领域中，电流值通常很小，低至pA数量级，使得电流信号的测量极具挑战性。对于pA级的电流测量来说，常规元件的微小泄漏均不可忽视，都可能会给测量结果带来一定的非线性误差。此外，微弱电流转成的电压信号通常也会很小，需要采用较高的电阻才能将其转化成具有一定的分辨能力、幅度适中的电压信号，但大的跨阻会限制测量的动态范围。可见，目前的检测电路难以兼顾电流分辨力和输入动态范围。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种微弱电流检测电路，能够实现兼顾测量动态范围和分辨力的微弱电流信号检测。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

本发明的一种微弱电流检测电路，包括跨阻抗放大电路、自动量程转换电路、模数转换电路、中央处理单元和基准电路；其中，被测电流信号输入跨阻抗放大电路，跨阻抗放大电路输出与自动量程转换电路输入相连，自动量程转换电路输出与模数转换电路输入相连，模数转换电路输出与中央处理单元输入相连，中央处理单元还与自动量程转换电路以及模数转换电路相连，基准电路与模数转换电路相连；跨阻抗放大电路实现电流到电压的转换，自动量程转换电路实现信号调理功能，模数转换电路将前段信号调理后的电压信号转换成数字信号，中央处理单元以ARM处理器为核心，通过ARM处理器控制模数转换电路采样，并依据采样值大小控制自动量程转换电路做量程自动判断和切换，最后将模数转换电路输出的数字测量结果发送到上位机或显示器，基准电路用于给模数转换电路提供基准电压；所述模数转换电路为双路模数转换电路，自动量程转换电路输出为两路信号，两路信号分别输入到双路模数转换电路的分路中。

其中，所述跨阻抗放大电路包括P1连接器、电阻R1、运算放大器N0、电容C1和电阻R2；其中，被测电流信号输入P1连接器，P1连接器与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与运算放大器N0输出管脚相连；电容C1与电阻R1并联，电阻R2连接P1连接器和运算放大器N0反相输入管脚，运算放大器N0正向输入管脚接地，运算放大器N0的GRD管脚的电位由运算放大器内部跟随+IN输入为虚地。

其中，所述运算放大器NO为ADA4530-1芯片，在电路板布线时，用GRD包围电阻R2及输入信号线，用作等电位屏蔽保护。