完整、低成本、軟件可編程的歐姆表可以測量微歐級

許多應用要求測量非常低的電阻，包括但不限于保險絲完整性分析、繼電器特性測量和超導體評估等。 市面上有各種各樣的商用設備可用來(lái)完成這種任務(wù)，但這些設備價(jià)格異常高昂，而且無(wú)法集成到實(shí)驗室以外的許多應用中。 常用的低成本、緊湊型電阻測量方法是將一個(gè)已知直流電流注入未知電阻，然后測量由此產(chǎn)生的電壓，并利用歐姆定律計算電阻值。 遺憾的是，對于超低電阻，要使產(chǎn)生的電壓足以與周?chē)肼曄鄥^別，所需的電流會(huì )變得大得離譜。

圖1. AD8253配置為透明增益模式，允許用戶(hù)根據表1手動(dòng)設置增益。

圖1是一個(gè)完整、低成本、軟件可編程鎖定放大器的原理圖，設計用于測量微歐級電阻。 將電流切換到未知電阻中，產(chǎn)生一個(gè)交流電壓。 通過(guò)如下方式產(chǎn)生1 mA電流脈沖：利用一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)(ADG436)將10 V電壓(來(lái)自精密基準電壓源ADR01)和地電壓交替施加于10 kΩ電阻和未知電阻的串聯(lián)組合。 由此產(chǎn)生的微乎其微的交流電壓隨后被施加于增益配置為100的儀表放大器AD8228。 AD8228的低噪聲特性使它非常適合用作第一增益級。 AD8228之后是軟件可編程增益儀表放大器AD8253，其增益可根據待測電阻的大小配置為1、10、100或1000。 圖1中，AD8253配置為透明增益模式，允許用戶(hù)根據表1手動(dòng)設置增益。 AD8228和AD8253的增益漂移都非常低，因而系統增益在整個(gè)溫度范圍內極其穩定。 為了提取幅度信息，一個(gè)平衡解調器(AD630)同步整流所施加的信號。 然后，一個(gè)采用AD820的有源三極點(diǎn)低通濾波器抑制所有帶外頻率，并讓帶內目標信號通過(guò)。在最大系統增益時(shí)，其傳遞函數為50 mV/m。

該系統完全獨立自足，用戶(hù)只需提供+/-15V電源。 由普通低成本數字IC構建的1 kHz振蕩器產(chǎn)生CLK信號，以控制系統的激勵和解調部分，這些IC的5 V電源則利用分流調節器ADR5045從15 V供電軌獲得。

圖2. 對于不同長(cháng)度的18 AWG銅線(xiàn)，系統的輸出電壓具有213.58 /cm的電阻，與實(shí)驗室測量結果相同。

如上面圖2所示，系統的輸出電壓在整個(gè)范圍內是線(xiàn)性的。

圖3. 系統的測量誤差，曲線(xiàn)中的噪聲是由放置測量引線(xiàn)的人為誤差所引起，曲線(xiàn)的斜率是由系統的微小增益誤差所引起。

圖4進(jìn)一步證實(shí)了系統的線(xiàn)性特征。

圖4. 測量引線(xiàn)放置在1/2/4/8/16 cm的電線(xiàn)上時(shí)，系統的輸出電壓證實(shí)了系統的線(xiàn)性特征。