恒流源电路仿真分析

1、原始图纸资料分析

1.1 测量范围和分辨率

测量范围和分辨率如上表所示，最小值范围为2m、分辨率0.0001m；最大值范围为20k、分辨率1；激励电流分别为0.1mA、1mA、10mA、100mA、1A和10A；AD测量满量程范围分别为20mV、200mV和2V。

2、电路仿真分析

2.1恒流源电路仿真分析PS：current sourcetest

恒流源工作原理如下：采样电阻Rs对输出电流进行采样，然后由运放IC102进行10倍放大，放大信号与1V参考电压进行比较，并且通过运放IC103进行反馈控制，并驱动TR103以及TR101和TR102使得输出电流与设置值一致。

由于被测电阻RL可能具有串联电感，所以利用Ls等效该电感，并且通过D101、D102和R123、R124对电感效应进行去除，以便测得纯电阻值。

恒流源电路

第一步：瞬态仿真分析——测试恒流源和测量电压准确性

瞬态仿真设置

电流和电压波形

测试数据

上图分别为电流1A、被测电阻10m串联电感10mH时的仿真波形和测试数据。电流测试值为1.0003A，电阻RL两端电压为10.003mV，误差优于0.1%。

第二步：直流仿真分析——测试恒流源输出范围

直流仿真设置

输出电流1A——10A：电流线性变化，输出值与设置值一致

输出电流0.1mA——100mA：电流线性变化，输出值与设置值一致

设置值与测试值如下所示，整体误差优于0.5%。

Im Max_XRange(-I(RS),90m,95m)

** 0.0001 0.000100581819424406**

** 0.001 0.00100034347269684**

** 0.01 0.0100034037604928**

** 0.1 0.100033618509769**

第三步：供电电源仿真分析——电源纹波和稳压值对测量影响分析

A、电源纹波测试

瞬态仿真设置

参数仿真设置：输入纹波1uV、1mV

仿真波形：供电电源纹波对测试影响非常严重

B、电源稳压值测试

仿真设置：供电电源分别为4V和8V

仿真波形：几乎完全重合，供电电源直流电压影响很小，

但是直流电压越高功率放大器件的功耗越大，热噪声越大

2.2恒压源电路仿真分析 PS：DCPS test

通过上述分析可得，直流供电电压源的纹波对测量电压影响非常严重，所以首先对直流供电电源进行稳压，然后再为恒流源供电。

恒压源电路工作原理如下：运放IC101通过参考源和采样电路构成反馈网络，然后驱动功率输出器件M1和M2实现高稳定度的直流电压源。

恒压源电路

第一步：瞬态仿真分析——测试恒压源准确性

瞬态仿真设置

仿真波形

上图分别为瞬态仿真设置和仿真波形，当输入电压具有1V纹波时，设置输出电压为7V/10A，测试波形如上所示，电流值为10A，电压值为7V，纹波峰峰值约为7uV。

第二步：直流仿真分析——输出电流变化时的输出电压特性

直流仿真设置：输出电流分别为10mA、1A和10A

输出电压波形：变化值小于7uV

2.3整体电路仿真分析PS：All test

工作原理分析：前级电路由恒压源构成，以产生高稳定性、低纹波的电压源；后级由恒流源电路构成，以提供恒定的测试电流。

整体仿真电路：由恒压源和恒流源构成

瞬态仿真设置

仿真波形

电阻两端电压值

上图分别为仿真设置和仿真波形，设置恒压源输出为7V，恒流源为1A，被测电阻为10m；仿真数据与设置一致，电阻两端电压值为10.004mV，测量误差优于0.1%。

电阻2m、激励电流10A、电压测量值20.01mV，误差0.05%

电阻200m、激励电流1A、电压测量值200.067mV，误差优于0.04%

电阻2k、激励电流1mA、电压测量值2.0007V，误差优于0.04%

2.4 AD转换电路仿真分析 PS：AD test

工作原理分析：AD转换电路通过改变AD的基准电压，实现小电压值的测量，即小电阻测量。

AD仿真电路

瞬态仿真设置

直流仿真设置：Vref=100m、200m

AD输出波形：当基准电压Vref=100mV时输出均为高电平；

当基准电压Vref=200mV时只有DB11输出为高电平，其余均为低电平；

当测量小幅值时，同时改变Vref为小幅值，这样AD的测量精度就能够保证