[发明专利]一种多通道高精密电流源及其工作方法

说明书

本发明公开了一种多通道高精密电流源，包括控制器、多通道DAC、多个V/I转换电路、多个负载检测电路、多通道ADC、以及温度传感器，控制器与多通道DAC电连接，多通道DAC的两路输出与各个V/I转换电路电连接，第i路V/I转换电路与第i路负载检测电路电连接，负载检测电路的数量n与V/I转换电路的数量相等，每个负载检测电路均与多通道ADC的一路输入电连接，多通道ADC与控制器电连接，温度传感器与控制器电连接，每一路V/I转换电路和对应的一路负载检测电路组成一路电流源，该电流源的输入是多通道DAC的两路输出，该电流源的检测输出连接至多通道ADC的一路输入。本发明能够解决现有匀场电流源存在的不满足核磁共振波谱仪对电流控制的高分辨率要求的技术问题。

技术领域

本发明属于核磁共振技术领域，更具体地，涉及一种用于核磁共振波谱仪的多通道高精密电流源及其工作方法。

背景技术

核磁共振波谱仪要求超导磁体的磁场在测量区域的非均匀性小于主磁场的10^-9，为了达到该要求，常使用20-40组的相互正交的线圈，并使用匀场电流源向这些线圈施加适当的电流，使各组线圈产生相互正交的、大小可通过电流控制的磁场，以抵消各个方向的非均匀磁场。

客观上而言，匀场电流源需要满足以下要求：

1)可提供尽可能多的电流路数，以满足多组线圈的驱动要求，优先地，要求达到40组电流输出；

2)每组电流源输出的电流大小可以单独地进行控制，以分别调节各个线圈产生的磁场大小；

3)每组电流的调节精度尽可能地高，以精细的调节电流的大小，实现精细匀场，优选地，要求电流控制精度高于20bit；

4)每组输出的电流需保持稳定，不随温度、时间的变化出现飘移、突变等，以使各组线圈产生的校正磁场保持恒定；

5)每组输出的电流需与设定值相同，需消除电流源常见的偏置。

现有的匀场电流源通常采用控制器来控制多片16位(bit)精度数模转换器(Digital-analog converter，简称DAC)，每片DAC具有1～4个输出通道，每个通道驱动一个由运算放大器、三极管等组成的V/I转换电路将DAC输出的电压值转换为输出电流。但V/I转换电路存在天然的偏置，使得实际输出电流与设定电流之间存在偏差。为了消除偏置电流，通过仪表手动逐个测量每路电流源输出的静态电流，将该值转换为对应的DAC设置值(即偏置值)，并在设置对应通道的DAC配置值时将相应的偏置值扣除。

然而，现有的匀场电流源存在一些不可忽略的技术缺陷：

(1)16位精度不满足核磁共振波谱仪对高精度电流控制的要求，特别是当输出电流1A时，调节精度仅能达到30uA；

(2)由1～4路DAC和由运算放大器、三极管等组成的V/I转换电路体积庞大，在组建40组电流源时，需要占用很大的空间；

(3)电流源使用的元器件存在不同的输出偏置，导致各路电流源输出电流均存在不等的偏置电流，并且偏置电流会随器件老化等因素而变化，通过手动测量静态电流并记录对应配置值的方法在实际运行中不能准确并实时地反映偏置电流的变化情况，实际输出的电流与设定的电流之间总存在不等的偏差；

(4)各路电流源输出的电流受使用的元器件的温度系数的影响，实际输出的电流会逐渐飘移，工作一段时间后实际输出电流与最初的设定电流偏离越来越大。

发明内容