赵 雷, 纪文昕, 齐航天, 张晓林

(北京航空航天大学 电子信息工程学院,北京 100191)

0 引 言

电流检测技术一直广泛地应用于航天、测控、光电检测领域中,在航天测控系统中往往将高动态的加速度信息通过挠性石英加速度计变换成高动态(宽量程)的电流信号[1]。因此，高动态(宽量程)的电流的测量方法就具有重要意义。通常对于高动态(宽量程)电流的测量方法主要有三种:电流—电压(I-V)线性转换测量,电流—电压—频率(I-F)转换测量[2],电流—电压(I-V)对数转换测量[3,4]。

本文对比了三种高动态(宽量程)电流的测量方法,首先,分别建立了I-F转换和ADC转换的模型,通过对这两个模型进行分析,得出了I-F转换不适宜高频信号测量的结论；再通过对I-V对数转换进行分析,提出了分辨率的转换对应关系。最后采用I-V对数转换完成对动态范围为160 dB的电流的测量与数字化采集,制作6通道采集板卡并对其进行测试,测试结果证明板卡可以满足指标要求。

1 I-V线性转换方法

I-V线性转换方法利用低失调电流运算放大器、精密电阻或电容先将电流信号转换成电压信号[5],并通过ADC将电压信号转换为数字信号以进行后续处理。对于电流变化范围为100 pA～10 mA的电流信号,其信号动态范围为

20lg(10-2/10-10)=160 dB

(1)

经线性转换后,输出的电压信号的动态范围同样为160 dB。

N-bit的ADC的信噪比表示为

SNR=(6.02N+1.76)dB

(2)

式中N为ADC的位数。

如果要求测量的相对误差不超过10 %,则有SNR=20lg(10-2/(10-10×10 %))=180 dB,由式(2)得N≈30；若要求测量的相对误差不超过1%,则有SNR=20lg(10-2/(10-10×1 %))=200 dB,由式(2)得N≈33。因此当电流变化范围较大,对误差要求较高时,市场上量产的ADC芯片的位数很难满足分辨率的要求。……