一種實現真零點輸出的電橋式傳感器的放大電路的製作方法

2023-07-21 16:19:26 1

一種實現真零點輸出的電橋式傳感器的放大電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種實現真零點輸出的電橋式傳感器的放大電路，包括：智能放大器處理電路(2)、運放處理電路(3)、基準電壓產生電路(4)、負電壓產生電路(5)、電源電壓轉換電路(6)；電源電壓轉換電路(6)分別為基準電壓產生電路(4)、負電壓產生電路(5)和智能放大器處理電路(2)供電；基準電壓產生電路(4)產生的基準電壓、負電壓產生電路(5)產生的負電壓分別送入運放處理電路(3)；智能放大器處理電路(2)對壓力傳感器的輸出信號進行信號處理後，送入運放處理電路(3)進行零點輸出調整後輸出。本電路由單電源供電，在保證功耗低、小封裝尺寸情況下，具有真零點電壓輸出。
【專利說明】
—種實現真零點輸出的電橋式傳感器的放大電路

【技術領域】
[0001]本發明創造涉及一種能夠實現真零點輸出的電橋式傳感器的放大電路，尤其涉及通過智能放大器將電橋式傳感器輸出的微小信號轉換為標準電壓信號，然後處理成可以真零點電壓輸出的放大電路。

【背景技術】
[0002]目前，單電源供電的電橋式傳感器的輸出信號通常是經主要由智能放大器組成的放大電路處理成0.5-4.5V範圍內的標準電壓信號；在極端的情況下，也可以輸出0.1-4.9V範圍的電壓信號。但當需要0-5V輸出的標準電壓時，現有的放大電路則無能為力，即不能輸出真的OV電壓，同時也不能輸出5V電壓。


【發明內容】

[0003]為解決上述技術問題，本發明創造採用的技術方案是:
[0004]一種實現真零點輸出的電橋式傳感器放大電路，包括:智能放大器處理電路2、運放處理電路3、基準電壓產生電路4、負電壓產生電路5、電源電壓轉換電路6 ；
[0005]所述電源電壓轉換電路6分別與所述基準電壓產生電路4、負電壓產生電路5和智能放大器處理電路2電連接並為三者供電；
[0006]所述智能放大器處理電路2用於接收壓力傳感器的輸出信號；
[0007]所述運放處理電路3分別與所述基準電壓產生電路4、負電壓產生電路5和智能放大器處理電路2電連接，並且所述運放處理電路3作為整個放大電路的輸出端。
[0008]進一步，所述基準電壓產生電路4產生的基準電壓、所述負電壓產生電路5產生的負電壓分別送入運放處理電路3 ;智能放大器處理電路2對壓力傳感器的輸出信號進行信號處理後，送入運放處理電路3進行零點輸出調整後輸出。
[0009]進一步，所述電源電壓轉換電路包括:
[0010]型號為TPS7A41的電源轉換晶片(IC3)，電源輸入端(Vin)與電源轉換晶片(IC3)的第5腳和第8腳連接，電源輸入端(Vin)與地之間連接第七電源濾波電容(C7);電源轉換晶片(IC3)的第I腳電連接5V電源，第I腳與GND之間還連接第四電源濾波電容(C4)，電源轉換晶片(IC3)的第I腳和第2腳之間並聯有第五分壓電阻(R5)和第六濾波電容(C6)，第2腳和第4腳之間並聯有第六分壓電阻(R6)，第4腳還同時接地；
[0011]電源轉換晶片(IC3)的第I腳輸出的5V電壓分別給基準電壓產生電路⑷、負電壓產生電路(5)、智能放大器處理電路(2)供電。
[0012]進一步，所述電源電壓轉換電路輸出5V電壓的關係式為5K= -— + I XVref 其
J，
中Vkef是電源轉換晶片(IC3)的第2腳的電壓值，且Vkef取1.161彡Vkef彡1.185間固定值。
[0013]進一步，所述智能放大器信號處理電路包括:型號為PGA309的智能放大器(IC2)、型號為24L01的存儲晶片(ICl)，其中智能放大器(IC2)的第I腳為電橋式傳感器供電，電橋式傳感器的兩個輸出端分別經一濾波電阻(R2或R3)與智能放大器(IC2)的第4、第5腳對應連接，智能放大器(IC2)的第4、第5腳還分別經一濾波電容(C1、C2)接地；
[0014]智能放大器(IC2)的第3、第10腳均連接電源電壓轉換電路⑷輸出的5V，第12腳則經第四電阻(R4)連接電源電壓轉換電路⑷輸出的5V;智能放大器(IC2)的第2、11、15腳均接地；
[0015]智能放大器(IC2)的第13、14腳分別對應連接存儲晶片(ICl)的第1、3腳，存儲晶片(ICl)的第4腳連接所述電源電壓轉換電路輸出的5V，存儲晶片(ICl)的第2腳接地；
[0016]智能放大器(IC2)的第6、7腳對接並輸出標準電壓信號為所述運放處理電路(3)提供輸入信號，並且第6、7腳與第8腳之間還連接一第三濾波電容(C3)。
[0017]進一步，所述基準電壓產生電路(4)包括型號為MCP1525的基準電壓晶片(IC4)，所述電源電壓轉換電路(6)輸出的5V與基準電壓晶片(IC4)的第I腳連接，基準電壓晶片(IC4)的第3腳接地並且與第2腳之間連接有第九電容(C9)，基準電壓晶片(IC4)的的第2腳輸出2.5V的基準電壓提供運放處理電路(3)作為基準電壓輸入。
[0018]進一步，所述負電壓產生電路(5)包括型號為LM7705的負電壓產生晶片(IC6)，其第4腳與電源電壓轉換電路(6)輸出的5V連接，第2、3、5腳均接地；第1、8腳之間並聯有第五濾波電容(C5),第5、7腳之間並聯有第^ 濾波電容(Cll),第6腳輸出電壓提供運放處理電路(3)作為負電源供電。
[0019]進一步，所述運放處理電路⑶包括:型號為0PA2188的運算放大器(IC5A)，其第8腳連接傳感器供電電源(Vin)，第4腳連接負電壓產生電路(5)的輸出電壓(V-)，第6腳與第7腳之間並聯有第十二分壓限流電阻(R12)，第6腳經第十分壓限流電阻(RlO)與基準電壓產生電路4輸出的2.5V連接，第6腳還經第十一分壓限流電阻(RlO)接地；第5腳經第七限流電阻(R7)與智能放大器處理電路(2)輸出的信號(Voutl)連接；第7腳輸出0-5V電壓信號。
[0020]進一步，所述電橋式傳感器為電橋式壓力傳感器。
[0021]本發明創造具有的優點和積極效果是:電橋式傳感器經過此放大電路後，當輸入的測量值為零時，放大電路的輸出電壓信號可為真零點電壓；且本電路由單電源供電，在保證功耗低、小封裝尺寸情況下，具有真零點電壓輸出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1本發明電路的系統框圖；
[0023]圖2電源電壓轉換電路一種實施例的原理圖；
[0024]圖3智能放大器處理電路一種實施例的原理圖；
[0025]圖4基準電壓產生電路一種實施例的原理圖；
[0026]圖5負電壓產生電路一種實施例的原理圖；
[0027]圖6運放處理電路一種實施例的原理圖。

【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明創造的具體實施例做詳細說明。以下實施例是以電橋式壓力傳感器為例，即以測壓力的電橋式傳感器為例，測量其他參數的電橋式傳感器也適用於本發明的放大電路。
[0029]本發明電路的系統框圖如圖1所示，I為電橋式壓力傳感器，對其輸出信號進行放大的放大電路包括:智能放大器(PGA309)處理電路2、運放處理電路3、基準電壓產生電路
4、負電壓產生電路5、電源電壓轉換電路6。
[0030]該放大電路的工作情況為，電源電壓轉換電路6輸出電壓一路送入基準電壓產生電路4，另一路送入負電壓產生電路5，第三路送入智能放大器(PGA309)處理電路2 ;基準電壓產生電路4產生的基準電壓、負電壓產生電路5產生的負電壓分別送入運放處理電路3 ;電橋式壓力傳感器I輸出信號送入智能放大器(PGA309)處理電路2進行信號處理後，再送入運放處理電路3進行零點輸出調整後輸出。
[0031]下面結合圖2至圖6分別對各部分電路實現功能進行說明:
[0032]圖2展現了電源電壓轉換電路的一種具體結構，該電路採用電源轉換晶片(TPS7A41)，實現將傳感器供電電源電壓(一般為9-36V)轉換成5V固定電壓，提供智能放大器(PGA309)處理電路3、基準電壓產生電路4、負電壓產生電路5供電。該電路的具體結構如圖2所示，包括:電源轉換晶片IC3(型號為TPS7A41)，電源輸入端Vin與IC3的5腳和8腳連接，電源輸入端Vin與GND之間連接第七電源濾波電容C7 ；IC3的I腳電連接5V電源，I腳與GND之間還連接第四電源濾波電容C4，IC3的I腳和2腳之間並聯有第五分壓電阻R5和第六濾波電容C6，2腳和4腳之間並聯有分壓電阻R6，4腳還同時連接GND。此電

r R(、 、
路輸出5V電壓的關係式為5F= — + I xVREF其中Vkef是電源轉換晶片(IC3)的第2腳



J





5
的電壓值，且Vkef取1.161 ( Veef ( 1.185間固定值。電源轉換晶片IC3的I腳輸出的5V電壓給基準電壓產生電路4、負電壓產生電路5、智能放大器(PGA309)處理電路2三個電路供電。
[0033]圖3展現了智能放大器信號處理電路的一種具體結構，該電路採用智能放大器晶片(PGA309)實現將電橋式傳感器輸出微小電壓信號整定成0.5-4.5V的標準電壓信號。該電路的具體結構如圖3所示，包括:智能放大器IC2 (型號為PGA309)、存儲晶片ICl (型號為24L01)，電阻R2、電容Cl，電阻R1、電容C2組成阻容濾波電路。電橋式壓力傳感器Sensorl的I腳與IC2的I腳連接，Sensorl的4腳與GND連接，Sensorl的2、3腳即兩個輸出端分別對應與電阻R2、R3的一端連接，電阻R2、R3的另一端與IC2的4、5腳，電容Cl、C2 一端也與IC4的4、5腳連接，C1、C2的另一端連接GND。濾波電容C3—端與IC2的8腳連接，另一端與6、7腳連接，IC2的3、10腳均連接電源電壓轉換電路4輸出的5V，第12腳則經第四電阻(R4)連接電源電壓轉換電路4輸出的5V ；IC2的2、11、15腳均連接6冊，102的13、14腳分別與ICl的1、3腳連接，ICl的4腳連接電源電壓轉換電路4輸出的5V，ICl的2腳連接GND。此電路部分通過IC2的6、7腳輸出標準電壓信號Voutl為運放處理電路3提供輸入信號。
[0034]圖4展現了基準電壓產生電路一種具體結構，該電路採用微小封裝、高精度基準電壓晶片(MCP1525)實現2.5V基準電壓產生。該電路的具體結構如圖4所示，包括:基準電壓晶片IC4(型號為MCP1525)，電源電壓轉換電路6輸出的5V與IC4的I腳連接，IC4的3腳連接GND。第九電容C9並聯在IC4的2腳與GND之間。此電路通過IC4的2腳輸出
2.5V的基準電壓提供運放處理電路3作為基準電壓輸入。
[0035]圖5展現了負電壓產生電路一種具體結構，該電路採用小封裝、負電壓產生晶片(LM7705)實現-0.23V電壓輸出。該電路的具體結構如圖5所示，包括:負電壓產生晶片IC6(型號為LM7705)，電源電壓轉換電路6輸出的5V與IC6的4腳連接，IC6的2、3、5腳均連接GND。濾波電容C5並聯在IC6的1、8腳之間，濾波電容Cll並聯在IC6的5、7腳之間，IC6的6腳接輸出電壓V-(-0.23V)，此輸出電壓提供運放處理電路3作為負電源供電。
[0036]圖6展現了運放處理電路一種具體結構，該電路採用軌對軌運算放大器(0PA2188)，實現將智能放大器(PGA309)處理電路3輸出的Voutl電壓信號轉換成0-5V的電壓信號。該電路的具體結構如圖6所示，包括:運算放大器IC5A(型號為0PA2188)，IC5A的8腳連接傳感器供電電源Vin，IC5A的4腳連接負電壓產生電路5的輸出電壓V-，IC5A 6腳分別與分壓限流電阻R10、R11、R12的一端連接，其中電阻RlO的另一端與基準電壓產生電路4輸出的2.5V連接、電阻Rll的另一端與GND連接，電阻R12的另一端與IC5A的7腳連接，限流電阻R7的一端與智能放大器(PGA309)處理電路2輸出的信號Voutl連接，另一端與IC5A的4腳連接，此電路通過IC5A的7腳輸出0-5V電壓信號。
< RRΛ(R、
[0037]其輸出電壓為=I7oot=-^- + ^- + 1.Voutl -.2.5V

Vj^1 及11 JVj^1 j
[0038]以上實施例僅用於說明而並非限制本發明創造所描述的技術方案，不能被認為用於限定本發明創造的實施範圍。凡依本發明創造申請範圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬於本發明創造的專利涵蓋範圍之內。
【權利要求】
1.一種實現真零點輸出的電橋式傳感器的放大電路，包括:智能放大器處理電路(2)、運放處理電路(3)、基準電壓產生電路(4)、負電壓產生電路(5)、電源電壓轉換電路(6)； 所述電源電壓轉換電路(6)分別與所述基準電壓產生電路⑷、負電壓產生電路(5)和智能放大器處理電路(2)電連接； 所述智能放大器處理電路(2)用於接收電橋式傳感器的輸出信號； 所述運放處理電路⑶分別與所述基準電壓產生電路⑷、負電壓產生電路(5)和智能放大器處理電路(2)電連接。
2.根據權利要求1所述的放大電路，其特徵在於: 所述電源電壓轉換電路(6)分別為所述基準電壓產生電路⑷、負電壓產生電路(5)和智能放大器處理電路(2)供電； 所述基準電壓產生電路(4)產生的基準電壓、所述負電壓產生電路(5)產生的負電壓分別送入運放處理電路(3);智能放大器處理電路(2)對壓力傳感器的輸出信號進行信號處理後，送入運放處理電路(3)進行零點輸出調整後輸出。
3.根據權利要求1所述的放大電路，其特徵在於:所述電源電壓轉換電路包括: 型號為TPS7A41的電源轉換晶片(IC3)，電源輸入端(Vin)與電源轉換晶片(IC3)的第5腳和第8腳連接，電源輸入端(Vin)與地之間連接第七電源濾波電容(C7);電源轉換晶片(IC3)的第I腳電連接5V電源，第I腳與GND之間還連接第四電源濾波電容(C4)，電源轉換晶片(IC3)的第I腳和第2腳之間並聯有第五分壓電阻(R5)和第六濾波電容(C6)，第2腳和第4腳之間並聯有第六分壓電阻(R6)，第4腳還同時接地； 電源轉換晶片(IC3)的第I腳輸出的5V電壓分別給基準電壓產生電路(4)、負電壓產生電路(5)、智能放大器處理電路(2)供電。
4.根據權利要求3所述的放大電路，其特徵在於:所述電源電壓轉換電路輸出5V電壓
'R6 、的關係式為+ 1 xvMf 其中Vkef是電源轉換晶片(IC3)的第2腳的電壓值，且Vkef 取 1.161 ( Veef ( 1.185 間固定值。
5.根據權利要求1所述的放大電路，其特徵在於:所述智能放大器信號處理電路包括:型號為PGA309的智能放大器(IC2)、型號為24L01的存儲晶片(ICl)，其中智能放大器(IC2)的第I腳為電橋式傳感器供電，電橋式傳感器的兩個輸出端分別經一濾波電阻(R2或R3)與智能放大器(IC2)的第4、第5腳對應連接，智能放大器(IC2)的第4、第5腳還分別經一濾波電容(C1、C2)接地； 智能放大器(IC2)的第3、第10腳均連接電源電壓轉換電路(4)輸出的5V，第12腳則經第四電阻(R4)連接電源電壓轉換電路⑷輸出的5V ;智能放大器(IC2)的第2、11、15腳均接地； 智能放大器(IC2)的第13、14腳分別對應連接存儲晶片(ICl)的第1、3腳，存儲晶片(ICl)的第4腳連接所述電源電壓轉換電路輸出的5V，存儲晶片(ICl)的第2腳接地；智能放大器(IC2)的第6、7腳對接並輸出標準電壓信號為所述運放處理電路(3)提供輸入信號，並且第6、7腳與第8腳之間還連接一第三濾波電容(C3)。
6.根據權利要求1所述的放大電路，其特徵在於:所述基準電壓產生電路(4)包括型號為MCP1525的基準電壓晶片(IC4)，所述電源電壓轉換電路(6)輸出的5V與基準電壓晶片(IC4)的第I腳連接，基準電壓晶片(IC4)的第3腳接地並且與第2腳之間連接有第九電容(C9)，基準電壓晶片(IC4)的的第2腳輸出2.5V的基準電壓提供運放處理電路(3)作為基準電壓輸入。
7.根據權利要求1所述的放大電路，其特徵在於:所述負電壓產生電路(5)包括型號為LM7705的負電壓產生晶片(IC6)，其第4腳與電源電壓轉換電路(6)輸出的5V連接，第2、3、5腳均接地；第1、8腳之間並聯有第五濾波電容(C5)，第5、7腳之間並聯有第十一濾波電容(C11)，第6腳輸出電壓提供運放處理電路(3)作為負電源供電。
8.根據權利要求1所述的放大電路，其特徵在於:所述運放處理電路(3)包括:型號為0PA2188的運算放大器(IC5A)，其第8腳連接傳感器供電電源(Vin)，第4腳連接負電壓產生電路(5)的輸出電壓(V-)，第6腳與第7腳之間並聯有第十二分壓限流電阻(R12)，第6腳經第十分壓限流電阻(RlO)與基準電壓產生電路4輸出的2.5V連接，第6腳還經第十一分壓限流電阻(RlO)接地；第5腳經第七限流電阻(R7)與智能放大器處理電路(2)輸出的信號(Voutl)連接；第7腳輸出0-5V電壓信號。
9.根據權利要求1至8任意一項所述的放大電路，其特徵在於:所述電橋式傳感器為電橋式壓力傳感器。
【文檔編號】H03F3/45GK204013419SQ201420410718
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】徐文起, 王志 申請人:博益(天津)氣動技術研究所有限公司