傳感器信號放大調理電路的製作方法
2023-10-05 10:33:24
專利名稱：傳感器信號放大調理電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及集成電路領域，特別涉及集成傳感器信號放大調理電路。
背景技術：
傳感器的輸出信號一般比較微弱，需要經過前置電路對其進行放大、濾波、電平調整， 才能滿足單片機對輸入信號的要求。儀表放大器由於能夠對很微弱的差分電壓信號進行放大， 並且具有很高的輸入阻抗，因此廣泛用於測量壓力和溫度的應變儀電橋接口、熱電偶溫度檢測 和各種低邊、高邊電流檢測中。然而，現有的儀表放大器的增益電阻要麼設置於內部為固定值， 不能靈活地調節增益，存在較大的局限性；若是為了方便調節而將增益電阻設置於外部，在工 藝上與內部電阻存在差異，其溫度係數不能具有良好的一致性。而且現有的儀表放大器雖然有 用參考電壓輸入端實現零點調節功能，但不能直接用外接電阻分壓方式的簡單電路實現。實用新型的內容針對上述問題，申請人提供一種傳感器信號放大調理電路，可以通過設置外接電 阻來實現該電路零點和增益的調整。本實用新型的技術方案如下一種傳感器信號放大調理電路，包括儀表放大器、同相比例放大器及電壓跟隨器； 所述儀表放大器的輸入端接差分輸入信號，所述電壓跟隨器把參考電壓輸入到所述儀表放 大器的參考電壓端，所述儀表放大器的輸出信號接入同相比例放大器的同相輸入端，所述 同相比例放大器的反相輸入端作為增益調整端，所述同相比例放大器的輸出端作為整個傳 感器信號放大調理電路的輸出端。所述儀表放大器為三運放儀表放大器。其具體結構如下由第一運放Al、第二運放A2、第三運放A3、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻 R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6及增益電阻Re構成；第一運放Al的同相輸入 端和第二運放A2的同相輸入端分別作為第一差分信號輸入端IN-和第二差分信號輸入端 IN+，第三運放A3的輸出端作為三運放儀表放大器的輸出端；增益電阻Re連接在第一運放 Al的反相輸入端和第二運放A2的反相輸入端之間，第五電阻R5連接在第一運放Al的輸出 端和其反相輸入端之間，第六電阻R6連接在第二運放A2的輸出端和其反相輸入端之間，第 一電阻Rl連接在第一運放Al的輸出端和第三運放A3的反相輸入端之間，第三電阻R3連 接在第二運放A2的輸出端和第三運放A3的同相輸入端之間，第二電阻R2連接在第三運放 A3的輸出端和其反相輸入端之間，第四電阻R4的一端連接第三運放A3的同相輸入端，第四 電阻R4的另一端作為三運放儀表放大器的參考電壓端。所述增益電阻Re集成在所述三運放儀表放大器的內部。本實用新型的有益技術效果是本實用新型用於對傳感器送來的差分小信號的放大，並將差分信號轉換為對參考 端的單端信號輸出。如此可以通過設置外接電阻來實現零點和增益的調整，擴大了應用範 圍，並通過電壓跟隨器，完成阻抗匹配。本實用新型通過廉價的電子元器件就可以得到高精度應用的傳感器信號放大專用集成電路，成本低廉。
圖1是本實用新型的電路原理圖。圖2是本實用新型的典型應用電路。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
做進一步說明。如圖1所示，本實用新型由兩級放大單元組成，其中第一級放大單元是一個儀表 放大器，在本實施例中該儀表放大器是三運放儀表放大器，其由第一運放Al、第二運放A2、 第三運放A3、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻 R6及增益電阻Re構成。見圖1，其中第一運放Al的同相輸入端和第二運放A2的同相輸入端分別作為本 實用新型的第一差分信號輸入端IN-和第二差分信號輸入端IN+，第三運放A3的輸出端作 為整個三運放儀表放大器的輸出端。增益電阻Re連接第一運放Al的反相輸入端和第二運 放A2的反相輸入端之間，第五電阻R5連接在第一運放Al的輸出端和其反相輸入端之間， 第六電阻R6連接在第二運放A2的輸出端和其反相輸入端之間，第一電阻Rl連接在第一運 放Al的輸出端和第三運放A3的反相輸入端之間，第三電阻R3連接在第二運放A2的輸出 端和第三運放A3的同相輸入端之間，第二電阻R2連接在第三運放A3的輸出端和其反相輸 入端之間，第四電阻R4的一端連接第三運放A3的同相輸入端，第四電阻R4的另一端作為 三運放儀表放大器的參考電壓端。增益電阻Re集成在三運放儀表放大器的內部。由於採用相同工藝，增益電阻Re和 第五電阻R5、第六電阻R6的溫度係數等具有良好的一致性。由於採取特殊處理，避開工藝 上的差異，使得第一運放Al、第二運放A2、第五電阻R5、第六電阻R6和增益電阻Rc同步的 跟隨溫度的變化而變化。能夠為電路的兩個輸入端提供高匹配的輸入阻抗，以便達到降低 輸入源阻抗對電路共模抑制的影響。當Rl = R3，R2 = R4，R5 = R6，Rl = R2時，三運放儀表放大器的增益為=A1 = 1+2R5/&。見圖1，本實用新型的第二級放大單元為一個同相比例放大器A5，上述三運放儀 表放大器的輸出端(即第三運放A3的輸出端)接入同相比例放大器A5的同相輸入端，同 相比例放大器A5的反相輸入端作為本實用新型的增益調整端FB，同相比例放大器A5的輸 出端作為本實用新型的輸出端OUT。見圖1，本實用新型還包括一個電壓跟隨器A4。電壓跟隨器A4的同相輸入端作為 本實用新型的參考電壓端REF，電壓跟隨器A4把參考電壓輸入到所述三運放儀表放大器的 參考電壓端(即第四電阻R4的另一端)。圖2是本實用新型的典型應用電路。如圖2所示，本實用新型OP完成晶片封裝以 後，共有7個外部引腳，分別為第一差分信號輸入端IN-、第二差分信號輸入端IN+、輸出端 OUT、增益調整端FB、參考電壓端REF、電源端VDD和地端GND。見圖2，在該應用電路中，前級電路形成的兩個差模信號分別接入第一差分信號輸 入端IN-和第二差分信號輸入端IN+，電源和地分別接入電源端VDD和地端GND，接電源的第七電阻R7及接地的第八電阻R8分別接入參考電壓端REF，第九電阻R9連接在輸出端OUT 和增益調整端FB之間，接地的第十電阻RlO接入增益調整端FB。本實用新型加入參考電壓端REF，引入了零點調節功能，可以更方便的調整傳感器 的零點輸出。利用接電源的第七電阻R7及接地的第八電阻R8產生一個參考電壓Vkef = VDD [R8/ (R7+R8)]，再利用電壓跟隨器A4把電壓輸入到三運放儀表放大器的參考電壓端。 調節第七電阻R7及第八電阻R8，就可以直接改變參考電壓Vkef，調整傳感器的零點輸出。本實用新型加入增益調整端FB，引入了增益調整功能，從而使得增益電阻Re可以 集成在三運放儀表放大器的內部。同相比例放大器A5的增益A2= 1+R9/R10。調節第九電 阻R9及第十電阻R10，就可以直接改變增益A2。綜上所示，本實用新型的輸出電壓可由下式表達 以上所述的元器件均為市售商品，實施例中的商品型號可參見下表 圖1、圖2中的主要元器件表
序號元器件代號元器件類型元器件參數或型號1Al A5運算放大器2Rc電阻4ΚΩ3Rl電阻100K Ω4R2電阻100Κ Ω5R3電阻IOOK Ω6R4電阻IOOK Ω7R5電阻IOOK Ω8R6電阻100Κ Ω9R7電阻24ΚΩ10R8電阻6ΚΩ11R9電阻20ΚΩ12RlO電阻IOK Ω
5[0033] 以上所述的僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型不限於以上實施例。可 以理解，本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和構思的前提下，可以做出其他改進 和變化。
權利要求一種傳感器信號放大調理電路，其特徵在於包括儀表放大器、同相比例放大器及電壓跟隨器；所述儀表放大器的輸入端接差分輸入信號，所述電壓跟隨器把參考電壓輸入到所述儀表放大器的參考電壓端，所述儀表放大器的輸出信號接入同相比例放大器的同相輸入端，所述同相比例放大器的反相輸入端作為增益調整端，所述同相比例放大器的輸出端作為整個傳感器信號放大調理電路的輸出端。
2.根據權利要求1所述傳感器信號放大調理電路，其特徵在於所述儀表放大器為三 運放儀表放大器。
3.根據權利要求2所述傳感器信號放大調理電路，其特徵在於所述三運放儀表放大 器的具體結構如下由第一運放(Al)、第二運放(A2)、第三運放(A3)、第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、第三 電阻(R3)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)及增益電阻(Re)構成；第一運放 (Al)的同相輸入端和第二運放(A2)的同相輸入端分別作為第一差分信號輸入端(IN-)和 第二差分信號輸入端(IN+)，第三運放(A3)的輸出端作為三運放儀表放大器的輸出端；增 益電阻(Re)連接在第一運放(Al)的反相輸入端和第二運放(A2)的反相輸入端之間，第五 電阻(R5)連接在第一運放(Al)的輸出端和其反相輸入端之間，第六電阻(R6)連接在第二 運放(A2)的輸出端和其反相輸入端之間，第一電阻(Rl)連接在第一運放(Al)的輸出端和 第三運放(A3)的反相輸入端之間，第三電阻(R3)連接在第二運放(A2)的輸出端和第三運 放(A3)的同相輸入端之間，第二電阻(R2)連接在第三運放(A3)的輸出端和其反相輸入端 之間，第四電阻(R4)的一端連接第三運放(A3)的同相輸入端，第四電阻(R4)的另一端作 為三運放儀表放大器的參考電壓端。
4.根據權利要求3所述傳感器信號放大調理電路，其特徵在於所述增益電阻(Re)集 成在所述三運放儀表放大器的內部。
專利摘要一種傳感器信號放大調理電路，包括儀表放大器、同相比例放大器及電壓跟隨器；所述儀表放大器的輸入端接差分輸入信號，所述電壓跟隨器把參考電壓輸入到所述儀表放大器的參考電壓端，所述儀表放大器的輸出信號接入同相比例放大器的同相輸入端，所述同相比例放大器的反相輸入端作為增益調整端，所述同相比例放大器的輸出端作為整個傳感器信號放大調理電路的輸出端。本實用新型用於對傳感器送來的差分小信號的放大，並將差分信號轉換為對參考端的單端信號輸出。可以通過設置外接電阻來實現零點和增益的調整，擴大了應用範圍，並通過電壓跟隨器，完成阻抗匹配。
文檔編號H03F3/45GK201682460SQ201020170840
公開日2010年12月22日 申請日期2010年4月21日 優先權日2010年4月21日
發明者周敬訓, 常軍, 沈蓉蓉, 王智, 鄭金榮 申請人:無錫伯頓電子科技有限公司