[发明专利]一种大动态测量范围电流传感方法及电路

权利要求书

1.一种大动态测量范围电流传感方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：在FPGA内部设置一计数器和两个寄存器S[n]和C[n]；

S2：判断ADC输出到FPGA的数字码Do是否小于D_SEP，若是则进入S3，否则判断数字码Do处于非显著区，复位信号置0，积分器开始积分，其中，D_SEP为非显著区和显著区的划分电压数字码；

S3：判断数字码Do是否等于上一时刻寄存器S[n]记录的数字码，若是则不操作，否则进入S4；

S4：将D_O和计数次数CNT分别存储于寄存器S[n]和C[n]中，进一步判断D_O是否小于或等于D_SET，若是进入S5，否则继续读取下一时刻D_O并返回S2；

S5：进一步判断D_O是否第一次小于或等于D_SET，若是继续读取下一时刻D_O并返回S2，否则将复位信号置1，积分电容预充电，并进入S6；

S6：判断寄存器S[n]内部第一个数据S[0]是否大于D_SET，若是则进入S7，否则进入S8；

S7：判断待测电流I_tst为小电流，采用二点采样法计算，待测电流I_tst的大小为其中，D_{O_1}为数字码D_O小于D_SEP时记录的第一个ADC输出到FPGA中的数字码，即S[0]，n_{cnt_1}为对应的计数次数，即C[0]；D_{O_2}为D_O小于或等于D_SET时记录的ADC输出到FPGA中的数字码，n_{cnt_2}为对应的计数次数，N为ADC的位数，V_REF为复位阶段积分器对积分电容的充电电压，C_i为积分电容大小，f_s为ADC的采样频率；

S8：判断待测电流I_tst为大电流，若S[1]＝0，则进入S9，否则进入S10；

S9：采用一点采样法计算，待测电流I_tst的大小为其中，D_O为寄存器S[n]第一个也是唯一一个不为0的有效数据S[0]；

S10：采用二点采样法计算，待测电流I_tst的大小为其中，D_{O_1}为寄存器S[n]第一个不为0的有效数据S[0]，D_{O_2}为寄存器S[n]第二个不为0的有效数据S[1]。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，待测电流的测量范围为0.2pA～100nA，并且N＝14。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

S0：确定D_SEP、D_SET以及计数器的位数N_cntr，其中，D_SEP＝01-1111-1111-1101，D_SET＝01-1111-0000-0110以及N_cntr＝12。

4.一种大动态测量范围电流传感电路，其特征在于，所述电路包括：FGPA、DAC、信号发射模块、信号接收模块和ADC，所述FGPA产生的数字激励信号经过DAC转换成模拟激励信号，所述模拟激励信号经过所述信号发射模块转换成电压激励信号并作用于待测材料DUT，产生输入电流信号，所述接收模块包括运算放大器Amp_RX、积分电容C_RX和复位开关SW_RST，用于将所述输入电流信号经所述信号接收模块转换成斜坡电压信号，所述ADC将所述斜坡电压信号转换为数字信号传输给所述FPGA，所述FPGA根据权利要求1所述的方法进行数据处理，得到待测电流。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述DAC为电流舵DAC。