（已结贴）2011-07-17-工控擂台-什么叫开尔文连接，使用此连接有什么好处？ 点击：8328 | 回复：18
在高精度数据采集的前端放大电路中，经常用到开尔文连接。请问：什么叫开尔文连接，使用开尔文连接有什么好处？
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开尔文连接Kelvin connection 开尔文连接是一种用于模拟信号远传的连接方法。其特点是不在驱动器的输出端直接连接反馈到反相端，而从负载端将反馈接到放大器/驱动器的反相端的一种连接方法，其目的是减小线路电阻引起的误差。
一种电压测量方法，对于狠小的电阻上的压降，如果用两线的办法，由于引线电阻及接触电阻会引入测量误差，所以用4条线来测，每边两条。
说得简单点，就是取样点的选取要合适。
因为取样电路的电流往往可以小到忽略不计，因而在线路上的压降也就为0，如果把取样点设置在负载端，取样的电压就是负载上真实的电压。
而如果在驱动端取样，则由于导线的电阻，在导线上有压降，这样取样的电压就不是实际负载的电压。
测量时也是如此，激励源跟取样电压要用不同的线路。
1 开尔文连接是一种用于模拟信号远传的连接方法。其特点是不在驱动器的输出端直接连接反馈到反相端，而从负载端将反馈接到放大器/驱动器的反相端的一种连接方法，其目的是减小线路电阻引起的误差。如下图是ADI的AD688的datasheet中开尔文连接图。
原文介绍如下（翻译仅供参考）：
KELVIN CONNECTIONS
Force and sense connections, also referred to as Kelvin connections, offer a convenient method of eliminating the effects of voltage drops in circuit wires. As seen in Figure 9a, the load current and wire resistance produce an error (VERROR = R×IL) at the load. The Kelvin connection of Figure 9b overcomes the problem by including the wire resistance within the forcing loop of the amplifier and sensing the load voltage. The amplifier corrects for any errors in the load voltage. In the circuit shown, the output of the amplifier would actually be at 10 volts + VERROR and the voltage at the load would be the desired 10 volts.
所说的开尔文连接是指驱动端和感测端的连接，它提供了抵消线路压降的便利方法。见图9.a，负载电流和线路电阻会使负载产生一个误差压降（VERROR = R×IL）。而如图9.b所示的开尔文连接会产生一个克服包括由放大器驱动环路的线路电阻在内的难题。（***sensing the load voltage暂时理不清它的意思指什么***） （放大器通过感测负载电压），放大器会纠正任何负载电压的误差。如图中所示，放大器的输出实际上是10V＋VERROR ，而负载得到的却是期望的10V。
The AD688 has three amplifiers which can be used to implement Kelvin connections. Amplifier A2 is dedicated to the ground force-sense function while uncommitted amplifiers A3 and A4 are free for other force-sense chores.
AD688有3个可以用于开尔文连接的放大器。放大器A2专门用于the ground force-sense 而无定制放大器A3和A4则可以做为其它“驱动-感测”事务之用。（****详见后面的图2，即原文件的图2.a）
In some applications, one amplifier may be unused. In such cases, the unused amplifier should be connected as a unity-gain follower (force and sense pins tied together) and the input should be connected to ground.
（这两个无定制放大器）在某些应用中，有一个可能不会用到。同样的原因，不用的放大器应当成单位增益跟随器（驱动端和感测端接到一起），且其输入端应接地。
An unused amplifier may be used for other circuit functions as well. The curves on this page show the typical performance of A3 and A4.
未使用的放大器最好用于电路的其它功能，本页上就有放大器A3和A4的典型性能曲线。
说得简单点，就是取样点的选取要合适。
因为取样电路的电流往往可以小到忽略不计，因而在线路上的压降也就为0，如果把取样点设置在负载端，取样的电压就是负载上真实的电压。
而如果在驱动端取样，则由于导线的电阻，在导线上有压降，这样取样的电压就不是实际负载的电压。
测量时也是如此，激励源跟取样电压要用不同的线路。
说得简单点，就是取样点的选取要合适。
因为取样电路的电流往往可以小到忽略不计，因而在线路上的压降也就为0，如果把取样点设置在负载端，取样的电压就是负载上真实的电压。
而如果在驱动端取样，则由于导线的电阻，在导线上有压降，这样取样的电压就不是实际负载的电压。
测量时也是如此，激励源跟取样电压要用不同的线路。
Kelvin连接说白了就是大小电流的电路分开。虽然电路的支路流向或离开在相同的节点上。
在集成电路设计中经常要考虑这个问题。
同时在线性稳压器测量中也要注意到这一点。测量输出电压电压计应靠近芯片管脚测量。
很多测试工程师有时不会注意到这一点而得出错误的结果。
Kelvin连接说白了就是大小电流的电路分开。虽然电路的支路流向或离开在相同的节点上。
在集成电路设计中经常要考虑这个问题。
同时在线性稳压器测量中也要注意到这一点。测量输出电压电压计应靠近芯片管脚测量。
很多测试工程师有时不会注意到这一点而得出错误的结果。
在模拟信号检测处理电路中，每个检测控制点连线之间的导线电阻会影响到信号的压降，特别是在精密检测中，导线中的微小电阻值对被测信号的影响不容忽视，怎样把这个电阻影响消除，人们通过开尔文电桥原理得出一种消除线间电阻的测量方法。
在模拟信号电路处理中各个检测控制点（开接点）上引入两条导线，一个线截面积较大通入一个较大电流作为驱动电源，另一条线作为检测这个开接点（检测点）的电位的检测线，在电路处理中我们把驱动线上的信号舍弃，运算放大器只检测检测线上上开接点的电位。通过设计使检测线上连接的测控部件的输入阻抗足够大，从而使检测线上的电流很小，因此检测线上的压降很小忽略不计，因此能够准确的检测出监测点的信号。
尔文接法(Kelvin connections)又称强制与检测接法(force and sense connections )，是用来消除电路中导线上产生的电压降影响的一种简便方法。
如图1-3所示，负载电 流 (IL)和导线电阻(R)在负载上产生一个电压误差，V ERROR =R×IL。图1-4所示 的开 尔文接法解决了放大器的强制环路内的导线电阻和检测的负载电压所带来的问题。放大器对 负载电压的任何误差都做了修正。
在图14所示的电路中放大器
的输出电压实际上应该为10 V+V ERROR ，在负载上的电压却是所要求的10 V。
AD588有三个放大器用来提供开尔文接法。放大器A2专门用来接地强制检测，而独立的 放大器A3和A4可任意选用作为其它的强制检测接法的核心器件。
开尔文”连接法定义如下：在模拟量测控线路的导线连接工艺中，对于每个被测或被控点都可视为“开接点”。从任何一个“开接点”的根部分别引出两条导线，一条导线是施加大电流的驱动线Ｆ线，导线的截面积要足够大；另一条是测量（取样）该“开接点”电位的检测线Ｓ线。这两条导线统称为“双连 线”。被测控的“开接点”经“双连线”可远距离连接到与之相对应的具有“双连线”的测控部件上。对于任何一个被测控对象，测量检测的取样点是两个“开接点”间的电位差，舍弃驱动线上的数据不用（因误差较大），仅以检测线上的数据作为取样值，则必然提高测量精度。以此种理论为基础而产生的连接工 艺方法就是“开尔文”连接法。
使用“开尔文”连接工艺方法，检测线和驱动线是直接从被测、被控点上分别引出的，导线电阻压降不再影响测控精度。运算放大器通过检测线Ｓ直接取样被测、被控点的电位，驱动线Ｆ上的电阻压降没有参加运算，只是稍微提高了运算放大器的输出 电压范围。为了减少取样电流对被测、被控点的电位影响，要求与检测线连接的测控部件的输入阻抗越高越好，输入电流越小越好，一般在ｎＡ级，使之在检测线上的电压降极小，对被测、被控点的影响可忽略不计。这样，即实现了远距离模拟量的测控，同时也不影响测量精度。
1862年英国的W.汤姆孙在研究利用单臂电桥测量小电阻遇到困难时，发现引起测量产生较大误差的原因是引线电阻和连接点处的接触电阻。这些电阻值可能远大于被测电阻值。因此,他提出了下图所示的桥路，被称为汤姆孙电桥。后因他晋封为开尔文勋爵，故又称开尔文电桥。
①待测电阻Ｒx和桥臂电阻ＲN（标准电阻）均为四端接法；②两个高阻值电阻Ｒ3、Ｒ4，构成双电桥臂”。 四端电阻外侧的两个接点称为电流端，通常接电源回路，从而将电流端的附加电阻折合到电源回路的电阻中。Ａ1、Ｃ1两接点的附加电阻折入了电源内阻。Ｂ1、Ｂ3两接点用短粗导线相连，设Ｂ1、Ｂ3间附加电阻为ｒ。若Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4及ＲN满足一定条件，即可消减ｒ对测量结果的影响。
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