程控低温电流比较仪电阻电桥前馈电路设计

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1、密级：学校代码：10075分类号：学号：20121664工学硕士学位论文程控低温电流比较仪电阻电桥前馈电路设计学位申请人：范文斌指导教师：李小亭教授学位类别：工学硕士学科专业：仪器科学与技术授予单位：河北大学答辩日期：二○一五年五月ClassifiedIndex：CODE:10075U.D.C:NO:20121664ADissertationfortheDegreeofM.EngineeringCCCBridgeCircuitDesignwithProgrammeControlCandidate:FanWenbinSupervisor:Pr

2、ofessorLiXiaotingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:InstrumentScienceandTechnologyUniversity:HebeiUniversityDateofOralExamination:May,2015摘要摘要低温电流比较仪（CryogenicCurrentComparator，简称CCC）可以提供当前最精准-12的电流比例，其比例准确度可达到10以上，在精密电磁测量中起到非常重要的作用，主要应用于微小电流的测量和量子化霍尔电阻的

3、量值传递。本文主要设计并完成程控低温电流比较仪电阻电桥前馈电路设计，前馈电路主要由一个具有双输出的程控电流源以及外部的电阻电桥电路构成，以DSP作为主控制芯片，由上位机PC进行参数配置。其两路电流源不仅具有普通电流源的高稳定性、高准确度的特点外，同时还可以输出任意比例电流，且具有超高的比例准确度和稳定性。本文首先介绍了课题背景、低温电流比较仪电阻电桥原理以及国内外在该方向上的研究现状。低温电流比较仪电阻电桥的前馈部分设计主要由上位机LabVIEW程序控制面板、数字控制电路和模拟电流源电路三个部分组成，本文分别从硬件和软件两个方面分析了系统总

4、体结构和功能。系统硬件电路设计主要由数字控制硬件电路和模拟电流源硬件电路两个部分组成，在数字控制硬件电路中，系统采用了数字信号处理器DSP(DigitalSignalProcessor)和可编程逻辑阵列FPGA(Field-ProgrammableGateArray)协同工作的方式。DSP作为系统核心控制芯片，采用TI公司的TMS320F2812，主要用于接收执行上位机命令，配置和驱动包括串口通信、AD、FPGA、LCD液晶等模块工作，FPGA作为系统协控制器，选用Altera公司EP2C8Q208C8，其用于将控制命令转换成相应的控制信号

5、通过光纤发送到模拟电流源电路。在模拟电流源电路中主要使用数模转换器DA代替了传统的电阻分压设计，实现了两路可调比例的电流源输出的功能，并且提高系统的控制精度。同时在模拟电流源电路中采用了大量继电器，可以实现多种状态的切换，使模拟电流源输出电流更加稳定，配置更加合理，提高了系统的自动控制能力。为了减小数字信号对模拟信号干扰，提高系统稳定性，系统采用了光电隔离设计，即利用光纤进行数字控制电路和模拟电流源电路之间的数据通信，使得数字控制电路和模拟电流源电路之间电气上完全隔离，提高系统的抗干扰能力，保证了系统的工作稳定性。在系统的软件设计方面，主要

6、介绍了LabVIEW、CCS和QUARTUSII软件开发环境和开发流程。并对根据LabVIEW、CCS和QUARTUSII开发软件编写的上位机控制III摘要程序、DSP程序以及FPGA程序进行分析和描述，其功能用于实现上位机对模拟电流源的配置和调节。本文详细分析了各个程序所实现的功能、内部结构以及相互之间联系，并对其功能进行了仿真。-6测试结果表明，主、从动电流源输出电流相对稳定度小于6×10，相对重复性小于-66×10。对主、从动电流源输出不同比例的电流进行测量，输出电流比例与整数比例名-5-6义值误差小于4×10，其相对稳定度小于4×1

7、0，同时通过配置不同比例的电流，可以对不同阻值的电阻进行测量，实现了预期设计目标。关键词低温电流比较仪DSPFPGA恒流源LabVIEWIVAbstractAbstractThecryogeniccurrentcomparatorcanprovidethemostaccuratecurrentratiodevice.-12Andtheuncertaintyofitsratiocanbelessthan10.Thecryogeniccurrentcomparatorplaysaveryimportantroleinprecisionelect

8、ricalmeasurement.Thecryogeniccurrentcomparatorismainlyusedforsmallcurrentmeasurementandco