一种高精度电阻测量仪系统设计

如图4所示，若电源为程控电压源，则驱动探针输出恒定电压Vi，已知分压电阻Rc的阻值。通过检测探针测量待测电阻两端电压V，可得待测电阻R的大小：


2 系统硬件设计
如图5所示，电阻测量仪硬件系统由单片机、可调恒流恒压源、调节电路和显示电路等组成。其中，可调恒流恒压源提供6档恒定电流和一档恒定电压，最大输出电压约2 V，输出6档电流分别为670 mA，67 mA，6．7 mA，670μA，67μA，6．7μA。调节电路包括程控放大电流和程控滤波电路，实现小信号放大、恒流源校准测量选择、量程控制等功能。

3 单元电路
3．1 恒流恒压电路
该电阻测量仪量程范围达到3 mΩ～3 MΩ，因A／D采样电压范围有限，若使用同一种恒流电压测量，电流过大或过小都会影响测量精度或使电路发热量过大引起温漂。恒流恒压电路提供了670 mA～6．7μA的6档恒流输出和3 V的恒压输出。-5 V电压一路经过反相比例放大器后得到3 V的稳压输出。恒压源输出电阻为千分之一精度的金属膜电阻，阻值为1．5 MΩ，利用电阻分压关系实现测量最大电阻3 MΩ，此时所有的场效应管都关闭。
恒流源电路由开环放大电路、射极跟随器电路、场效应管电路、深度负反馈电路构成，如图6所示。

根据虚短虚断原理：

通过式(10)求出Vi-Vn=0．66 V，为恒定值，I=0．66／R。由此，通过由单片机控制的场效应管Q的开闭，使不同阻值的电阻所在支路导通得到各档恒流源。
3．2 量程控制电路
根据每个量程的上、下限电阻值可以得到相应的电压值区间。当执行自动量程切换时，比较由当前量程测得的电压值是否符合本量程区间。若符合，则不切换量程；若不符合，则根据比较结果增加或减小一个档位，再次测量电压并比较，直至测量电压处于某一电压区间内。
硬件上，单片机通过4 094移位寄存器输出场效应管的栅极电平来控制管子的导通与断开，以使不同支路导通产生各种档位的恒流。为了分离数字电路与模拟电路，在单片机与移位寄存器间加了光电耦合器件，以减小相互的影响。