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专利名称：一种用于产生标准微弱电压信号的衰减器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微弱信号测量与校准领域，通过衰减器的衰减电路将标准源信号 衰减以产生标准微弱信号，特别是产生IOOnV以下标准微弱电压信号。
背景技术：
在对微弱信号测量仪器的校准中，需要产生标准微弱电压信号，由于标准源无法 直接产生微弱电压信号，一般采用标准衰减器对标准源输出信号进行衰减的方式产生微弱 电压信号。但当电压衰减到1μ V以下时很容易受到各种因素的干扰而使测量结果产生较 大误差或失真，普通衰减器不能满足精确测量的要求。按传统方法设计制作的衰减器，会受 控制、连接方式、地回路电流、分布电容、电感、信号辐射及电磁干扰等多种因素的影响，使 衰减器的测量结果产生较大偏差，甚至出现错误结果。因此，为了能产生低至于InV的标准低频段电压信号，需要根据微弱电压信号的 特点，设计研究一种能实现大比例衰减的可程控精密衰减器。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是研究设计一组可程控的衰减器，以实现通过衰减 产生ImV到InV的标准电压信号。为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于产生标准微弱电压信号的衰 减器，该衰减器包括一个用于连接标准源的二选一选择开关，所述标准源可通过该选择开 关连接一个程控步进衰减器或一组串联衰减器，所述程控步进衰减器和所述串联衰减器各 自具有产生所述标准微弱电压信号的输出端Ul和输出端U2，所述程控步进衰减器由计算 机控制电路进行控制。优选地，所述程控步进衰减器从输入到输出的衰减比例为100 1 IO6 1，所 述串联衰减器从输入到输出的衰减比例为IO7 1。优选地，所述程控步进衰减器由四个相对独立的衰减器C、衰减器D、衰减器Ε、衰 减器F串联而成，所述衰减器C、衰减器D、衰减器Ε、衰减器F从输入到输出的衰减比例依次 是 100 UlOOO UlOOOO UlOOO 1。优选地，所述串联衰减器由两个相对独立的衰减器A和衰减器B串联而成，所述衰 减器A和衰减器B从输入到输出的衰减比例依次是1000 1和10000 1。优选地，所述衰减器Α、衰减器B、衰减器C、衰减器D、衰减器Ε、衰减器F均为电阻 分压式衰减器。优选地，所述程控步进衰减器中的每一个衰减器均包括两个分压电阻，所述两个 分压电阻由所述计算机控制电路控制的继电器控制是否接入所述程控步进衰减器的衰减 电路，或者从所述程控步进衰减器的衰减电路中完全断开。优选地，所述衰减器A具有独立的产生所述标准微弱电压信号的输出端U3，所述 衰减器B的输出端即为所述串联衰减器的输出端U1。
3[0012]本实用新型所提供的用于产生标准微弱电压信号的衰减器，可以通过选择开关进 入程控步进衰减器，由计算机控制衰减器选择100 1 IO6 1范围的衰减比例。或者 可以通过选择开关进入串联衰减器，实现IO7 1的衰减比例，以此实现ImV InV的标准 微弱电压信号的输出。

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范 围。其中，图1显示的是根据本实用新型的用于产生标准微弱电压信号的衰减器的结构示 意图；图2A显示的是分压式单级衰减器电路原理图；图2B显示的是分压式组合衰减器电路原理图；图3为根据本实用新型的一个具体实施例的程控步进衰减器的电路示意图；图4显示的是程控步进衰减器中所采用的继电器开关的电路示意图；图5为根据本实用新型的一个具体实施例的串联衰减器的电路示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明 本实用新型的具体实施方式
。其中，相同的部件采用相同的标号。图1显示的是根据本实用新型的用于产生标准微弱电压信号的衰减器的结构示 意图，如图所示，该衰减器总体上由图中虚线部分1所表示，其包括一个用于连接标准源2 的二选一选择开关3，标准源2可通过选择开关3连接一个程控步进衰减器4或一组串联衰 减器5，程控步进衰减器4和串联衰减器5各自具有产生标准微弱电压信号的输出端Ul和 输出端U2，程控步进衰减器4由计算机控制电路6进行控制。为实现本实用新型ImV到InV的衰减输出，在一个具体实施例中，选择采用的标准 源2的输出电压范围为IOOmV 10mV，这是因为常用标准源输出IOOmV到IOmV之间信号最 准确稳定，所以采用这两值作为衰减电路的输入基准值。当需要实现ImV到IOOnV的标准电压输出时，由选择开关3选择连接程控步进衰 减器4，由计算机控制电路6控制程控步进衰减器4选择需要的衰减比例，最终由输出端Ul 的输出电压范围为ImV lOOnV。当需要实现IOnV到InV的标准电压输出时，由选择开关 3选择连接串联衰减器5，最终由输出端U2的输出电压范围为IOnV InV。因此，具体的，程控步进衰减器4和串联衰减器5的衰减比例分别为程控步进衰 减器4从输入到输出的衰减比例为100 1 IO6 1，串联衰减器5从输入到输出的衰减 比例为IO7 1。亦即，如图1所示，程控步进衰减器4由四个相对独立的衰减器C、衰减器 D、衰减器E、衰减器F串联而成，衰减器C、衰减器D、衰减器E、衰减器F从输入到输出的衰减 比例依次是100 UlOOO IUOOOO UlOOO 1。串联衰减器5由两个相对独立的衰减 器A和衰减器B串联而成，衰减器A和衰减器B从输入到输出的衰减比例依次是1000 1 和 10000 1。在本实用新型的一个具体实施例中，衰减器A、衰减器B、衰减器C、衰减器D、衰减
4器E、衰减器F均为电阻分压式衰减器。其中，电阻分压式衰减器的电路原理可以参见图2A 和图2B，其中，图2A显示的是分压式单级衰减器电路原理图，图2B显示的是分压式组合衰 减器电路原理图。图中礼、R2、R3、R4是衰减器的分压电阻，R0是输入信号源的输出阻抗，为 了确保分压比精度，每个衰减器的输入端电阻必须考虑标准源阻抗Rtl的影响，输出端必须 考虑所接入仪器输入阻抗的影响，一般为高阻抗，与R2相比，相差IO5量级的话可忽略不计， 否则应予考虑。两级组合衰减时，要考虑后级衰减对前一级衰减的影响，后级衰减的输入电 阻与前级衰减的输出电阻的并联值成为计算前级衰减比的输出电阻值，充分考虑这两方面 后计算出电阻值，然后定做低温漂精密电阻，单级衰减器衰减比与电阻值之间的关系公式 为kr~R^R其中R°为已知在确定电阻时先确定R2之值(考虑到分压效果，一般为10 Ω或 100 Ω )，再根据衰减比确定Rl之值。对于两级衰减器，逐级计算，计算时考虑R3、R4对R2的 并联影响。图3为根据本实用新型的一个具体实施例的程控步进衰减器4的电路示意图，如 图所示，程控步进衰减器4中的每一个衰减器(衰减器C、衰减器D、衰减器E、衰减器F)均 包括两个分压电阻，这两个分压电阻由计算机控制电路6(图3中未显示)控制的继电器J、 J1'、J2、J2‘、J3、J3‘、J4、J4‘控制χ是否接入程控步进衰减器4的衰减电路，或者从程控 步进衰减器4的衰减电路中完全断开。如图4所示继电器电路图，每个继电器均由12V供 电线和控制线控制，控制线为低电平时(如图所示状态)，继电器J1J1'、J2、J2‘、J3、J3‘、 J4、J4'短接分压电阻，相当于该级的信号线和地线直接接到下一级；控制线为高电平时，分 压电阻按图2A、2B的连接原理接入衰减电路，实现对标准信号的衰减。图5为根据本实用新型的一个具体实施例的串联衰减器5的电路示意图，如图所 示，衰减器A、B内部无继电器控制，相当于一级固定值的分压电路，并且两级固定相连安装 在仪器内部。图5所示串联衰减器5设计有两个衰减输出口 U2、U3，主要是使衰减后的小信号 能以最简洁的方式连接到仪器输出口。也就是说，衰减器A具有独立的产生标准微弱电压 信号的输出端U3，其同样可以输出电压范围为IOnV InV的信号，衰减器B的输出端即为 串联衰减器5的输出端U2。衰减器在设计、加工制造中充分采纳各种抗干扰设计。在屏蔽方面，为降低外界干 扰对测量结果的影响，将分压电阻合理布局后封装在体积较小的铝槽内实施分级屏蔽，然 后整个衰减器再整体屏蔽，可隔离电磁场干扰、不同级衰减器之间的信号辐射和同频干扰。 在接浮地处理方面，衰减电路的信号地与屏蔽壳绝缘，屏蔽壳与仪器共地。最后，具体到产生ImV到InV微弱标准电压信号常用的衰减实现方式可以参考下 表中的举例说明
5[0033] 例如，当需要获得ImV的衰减输出电压时，选择标准源2的输出电压为100mV，由选 择开关3选择连接程控步进衰减器4，通过计算机控制电路6控制程控步进衰减器4，使程 控步进衰减器4的衰减器C单独接入程控步进衰减器4的衰减电路，其余串联的衰减器D、 衰减器E、衰减器F从程控步进衰减器4的衰减电路中完全断开，由于衰减器C的衰减比例 为100 1，因此经过衰减器C衰减之后就可以在输出端Ul获得ImV的衰减输出电压。又比如，当需要获得InV的衰减输出电压时，选择标准源2的输出电压为10mV，由 选择开关3选择连接串联衰减器5，由于串联衰减器5的衰减器A和衰减器B从输入到输出 的衰减比例依次是1000 1和10000 1，这样衰减器A和衰减器B组合之后的衰减比例 为IO7 1，因此就可以在输出端U2获得ImV的衰减输出电压。以上仅为举例说明，更多的组合衰减方式可以依此类推，在此不再一一赘述。本实用新型所提供的用于产生标准微弱电压信号的衰减器，可以通过选择开关进 入程控步进衰减器，由计算机控制衰减器选择100 1 IO6 1范围的衰减比例。或者 可以通过选择开关进入串联衰减器，实现IO7 1的衰减比例，以此实现ImV InV的标准 微弱电压信号的输出。以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式
，并非用以限定本实用新型的范 围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、 修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。
权利要求一种用于产生标准微弱电压信号的衰减器，其特征在于，该衰减器(1)包括一个用于连接标准源(2)的二选一选择开关(3)，所述标准源(2)可通过该选择开关(3)连接一个程控步进衰减器(4)或一组串联衰减器(5)，所述程控步进衰减器(4)和所述串联衰减器(5)各自具有产生所述标准微弱电压信号的输出端U1和输出端U2，所述程控步进衰减器(4)由计算机控制电路(6)进行控制。
2.根据权利要求1所述的用于产生标准微弱电压信号的衰减器，其特征在于，所述程 控步进衰减器(4)从输入到输出的衰减比例为100 1 IO6 1，所述串联衰减器(5)从 输入到输出的衰减比例为IO7 1。
3.根据权利要求2所述的用于产生标准微弱电压信号的衰减器，其特征在于，所述程 控步进衰减器(4)由四个相对独立的衰减器C、衰减器D、衰减器E、衰减器F串联而成，所述 衰减器C、衰减器D、衰减器E、衰减器F从输入到输出的衰减比例依次是100 UlOOO 1、 10000 UlOOO 1。
4.根据权利要求3所述的用于产生标准微弱电压信号的衰减器，其特征在于，所述串 联衰减器由两个相对独立的衰减器A和衰减器B串联而成，所述衰减器A和衰减器B从输 入到输出的衰减比例依次是1000 1和10000 1。
5.根据权利要求4所述的用于产生标准微弱电压信号的衰减器，其特征在于，所述衰 减器A、衰减器B、衰减器C、衰减器D、衰减器E、衰减器F均为电阻分压式衰减器。
6.根据权利要求5所述的用于产生标准微弱电压信号的衰减器，其特征在于，所述程 控步进衰减器(4)中的每一个衰减器均包括两个分压电阻，所述两个分压电阻由所述计算 机控制电路(6)控制的继电器控制是否接入所述程控步进衰减器⑷的衰减电路，或者从 所述程控步进衰减器(4)的衰减电路中完全断开。
7.根据权利要求6所述的用于产生标准微弱电压信号的衰减器，其特征在于，所述衰 减器A具有独立的产生所述标准微弱电压信号的输出端U3，所述衰减器B的输出端即为所 述串联衰减器的输出端U1。
专利摘要一种用于产生标准微弱电压信号的衰减器，该衰减器包括一个用于连接标准源的二选一选择开关，所述标准源可通过该选择开关连接一个程控步进衰减器或一组串联衰减器，所述程控步进衰减器和所述串联衰减器各自具有产生所述标准微弱电压信号的输出端U1和输出端U2，所述程控步进衰减器由计算机控制电路进行控制。本实用新型所提供的用于产生标准微弱电压信号的衰减器，可以通过选择开关进入程控步进衰减器，由计算机控制衰减器选择100∶1～106∶1范围的衰减比例。或者可以通过选择开关进入串联衰减器，实现107∶1的衰减比例，以此实现1mV～1nV的标准微弱电压信号的输出。
文档编号G01R35/00GK201654100SQ20102018096
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者何共建, 刘磊, 姚云茂, 张剑, 张磊, 强成虎, 彭先洪, 梁国杰, 王希东, 赵俊岩 申请人:中国人民解放军92601部队;中国人民解放军91635部队