[發(fā)明專利]一種二級(jí)低噪聲大電流高分辨率數(shù)控電流源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010655439.3
• 申請(qǐng)日: 2020-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN111857218B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王言章;秦佳男;陳晨;孫永澤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G05F1/46
• 分類號(hào): G05F1/46
• 代理公司: 沈陽銘揚(yáng)聯(lián)創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

本發(fā)明公開一種二級(jí)低噪聲大電流高分辨率數(shù)控電流源，包括：一級(jí)大電流源，二級(jí)低噪聲電流源。兩級(jí)電流源形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中二級(jí)低噪聲電流源產(chǎn)生的低噪聲小電流，補(bǔ)償一級(jí)大電流源輸出電流的波動(dòng)，使系統(tǒng)總體輸出趨于平穩(wěn)，在具有大電流輸出能力的同時(shí)保持了低噪聲電流源的噪聲水平和分辨率。適用于對(duì)電流源驅(qū)動(dòng)能力和電流噪聲水平要求較高的領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種二級(jí)低噪聲大電流高分辨率數(shù)控電流源。適用于對(duì)電流源驅(qū)動(dòng)能力和電流噪聲水平要求較高的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

許多應(yīng)用需要實(shí)用低噪聲數(shù)控電流源。比如半導(dǎo)體激光二極管激勵(lì)方法多采用電流注入方式,要得到穩(wěn)定的輸出功率,必須采用低噪聲電流源，同時(shí)電流源的輸出能力決定了激光輸出功率上限，電流源的電流分辨力決定了激光輸出功率分辨力。在磁測(cè)領(lǐng)域中，基于主動(dòng)磁場(chǎng)抵消的非屏蔽SERF原子磁力儀采用抵消線圈補(bǔ)償環(huán)境磁場(chǎng)，抵消線圈的驅(qū)動(dòng)電流源的噪聲直接決定了磁測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)下限，電流源的分辨率決定了磁抵消的精度，從而影響磁共振線寬，進(jìn)一步反映到系統(tǒng)噪聲水平上。一般的電流源技術(shù)在電流較大時(shí)由于器件噪聲限制難以達(dá)到低噪聲輸出水平，而具有低噪聲水平的電流源難以同時(shí)具備高輸出能力。

波蘭弗羅茨瓦夫理工大學(xué)Grzegorz Dudzik曾提出一種二級(jí)低噪聲電流源的結(jié)構(gòu)，采用一個(gè)小電流源與一個(gè)大電流源并聯(lián)，使小電流源補(bǔ)償大電流源的噪聲，但最終系統(tǒng)噪聲受限于小電流源的控制電壓噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種二級(jí)低噪聲大電流高分辨率數(shù)控電流源。在大電流輸出范圍下實(shí)現(xiàn)低噪聲水平，同時(shí)提供超出單個(gè)現(xiàn)有DAC分辨率的高數(shù)控分辨能力。適用于對(duì)驅(qū)動(dòng)能力和電流噪聲水平要求較高的領(lǐng)域。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種二級(jí)低噪聲大電流高分辨率數(shù)控電流源，該電流源包括：

一級(jí)大電流源以及二級(jí)低噪聲電流源，所述一級(jí)大電流源輸出的輸出電流I₁并通過反饋轉(zhuǎn)換成電壓值，與一級(jí)大電流源的控制電壓U₁進(jìn)行比較，比較后的誤差對(duì)輸出電流I₁進(jìn)行反饋調(diào)整；

所述二級(jí)低噪聲電流源，輸出補(bǔ)償電流I₂，與輸出電流I₁進(jìn)行疊加后輸出為輸出電流I_out，并通過反饋將輸出電流I_out轉(zhuǎn)換成電壓與一級(jí)電流源控制電壓U₁做差后與二級(jí)低噪聲電流源控制電壓U₂進(jìn)行比較，比較后的誤差對(duì)補(bǔ)償電流I₂進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，所述一級(jí)大電流源包括：

一級(jí)電流源控制器，輸出控制電壓U₁，

第一反饋控制運(yùn)放器，同相輸入端輸入控制電壓U₁，反相輸入端接受反饋電壓；

第一反饋回路采樣電阻，將輸出的輸出電流I₁轉(zhuǎn)換為電壓值；

增益為G₁的第一反饋回路差分放大器，將電壓值放大后作為反饋電壓輸入至反饋控制運(yùn)放器。

進(jìn)一步地，一級(jí)電流源控制器與第一反饋控制運(yùn)放器之間設(shè)置低通濾波器，將一級(jí)電流源控制器輸出的電壓在頻帶外的噪聲濾除。

進(jìn)一步地，所述第一反饋控制運(yùn)放器與第一反饋回路采樣電阻之間設(shè)置輸出緩沖器。

進(jìn)一步地，所述二級(jí)低噪聲電流源包括：

二級(jí)低噪聲電流源控制器，輸出控制電壓U₂；

第二反饋控制運(yùn)放器，同相輸入端輸入控制電壓U₂，反相輸入端接受反饋電壓；