零漂移儀表放大器的傳感器電路優(yōu)化方案

智能傳感器已廣泛應(yīng)用于航天、航空、國防、科技和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域中。例如，它在機(jī)器人領(lǐng)域中有著廣闊應(yīng)用前景，智能傳感器使機(jī)器人具有類人的五官和大腦功能，可感知各種現(xiàn)象，完成各種動作。在工業(yè)生產(chǎn)中，利用傳統(tǒng)的傳感器無法對某些產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)（例如，黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等）進(jìn)行快速直接測量并在線控制。而利用智能傳感器可直接測量與產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)有函數(shù)關(guān)系的生產(chǎn)過程中的某些量（如溫度、壓力、流量等）。Cygnus公司生產(chǎn)了一種葡萄糖手表,其外觀像普通手表一樣，戴上它就能實(shí)現(xiàn)無疼、無血、連續(xù)的血糖測試。葡萄糖手表上有一塊涂著試劑的墊子，當(dāng)墊子與皮膚接觸時(shí)，葡萄糖分子就被吸附到墊子上，并與試劑發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流。傳感器測量該電流，經(jīng)處理器計(jì)算出與該電流對應(yīng)的血糖濃度，并以數(shù)字量顯示。

　　因此，模擬傳感器接口變得非常重要，必須在抵？這些環(huán)境效應(yīng)的同時(shí)遵守嚴(yán)格的規(guī)范要求。為實(shí)現(xiàn)成功商用，傳感器必須具有低成本、小體積以及低電流（針對電池供電的測量設(shè)備）特性。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)師喜歡將模擬鏈路設(shè)計(jì)得盡可能短，希望以此來提高信號抗外部噪聲的能力（數(shù)字電路通常對噪聲不敏感）。過長的模擬鏈要求在后續(xù)電路中使用特定的信號處理電路。

　　例如一級電路提供差分增益，但沒有共模抑制；另一級電路提供共模抑制，但沒有差分增益。雙路電源和高電壓軌還有助于減輕對模擬電路的信噪比要求。對更短模擬鏈以及單電源、低電壓、模擬電壓軌的要求迫使人們開發(fā)創(chuàng)新的架構(gòu)來滿足這些挑戰(zhàn)。

　　因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就要作出的一個(gè)決策是模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和傳感器之間是否直接連接。這種直接連接在某些應(yīng)用場合具有很大的優(yōu)勢。

　　例如，高阻比例橋可以采用許多ADC中包含的基本內(nèi)部參考，而且一些現(xiàn)代ADC包含有高阻緩沖器或PGA，它們可以用來隔離傳感器信號與加載信號及ADC采樣電路引起的電流脈沖信號。

　　但另一方面也存在使用儀表放大器（IA）連接傳感器和ADC的實(shí)際例子，其原因是：

　　1. 在靠近信號源的地方將小信號放大可以改善一些應(yīng)用的總信噪比，特別是當(dāng)傳感器不靠近ADC時(shí)。

　　2. 許多高性能ADC沒有高阻抗輸入端，因此需要低源阻抗放大器的驅(qū)動才能充分發(fā)揮它們的性能。在這種情況下如果沒有中間放大器，輸入電流尖峰和源阻抗失配等異常情況將帶來增益誤差。

　　3. 外部放大器能幫助用戶針對應(yīng)用優(yōu)化信號調(diào)節(jié)（濾波）。

　　4. 用于制造ADC的最佳半導(dǎo)體工藝并不一定是用于制造放大器的最佳工藝。

　　5. IA提供的增益使傳感器和ADC之間的接口更加容易，因?yàn)樗粌H可以減輕系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力，還能降低總體系統(tǒng)成本。例如，讀取一個(gè)無增益的傳感器信號比讀取放大的傳感器信號需要更高的分辨率和昂貴的ADC。LED軟燈條九大優(yōu)點(diǎn)

　　一、純正的色彩：

　　LED軟燈條采用高亮度貼片LED為發(fā)光元件，因此具備了LED發(fā)光元件的優(yōu)點(diǎn)，光色純正、柔和、無眩光。既可以作為裝飾用途，又可以兼做照明用途。

　　二、柔軟性：

　　LED軟燈條采用非常柔軟的FPC為基板，可以任意彎折而不會折斷，易于成型，適合各種廣告造型需要。

　　三、發(fā)熱量?。?/p>

　　LED軟燈條的發(fā)光元件是LED，由于單顆LED的功率很低，一般為0.04~0.08W，因此發(fā)熱量不高?？梢宰鳛轸~缸里的裝飾照明，而不會產(chǎn)生大量熱量造成水溫升高，影響觀賞魚的生長。

　　四、超節(jié)能：

　　LED軟燈條1210的功率每米只有4.8W，5050的LED軟燈條每米功率為7.2W，相對于傳統(tǒng)照明及裝飾燈具而言，功率低了好幾倍，而效果卻好很多。

　　五、環(huán)保：

　　LED軟燈條組成材料無論是LED還是FPC，其材質(zhì)都是采用的環(huán)保材質(zhì)，屬于可回收利用型，不會因?yàn)榇罅渴褂枚斐蓪Νh(huán)境的污染和破壞。

　　六、安全：

　　LED軟燈條采用的是低壓直流12V供電電壓，因此使用上非常安全。無論老人、小孩都可以安全使用而不會引起安全隱患。

　　七、簡易安裝：

　　LED軟燈條安裝非常簡便，配用固定夾、線槽、鐵線、鐵網(wǎng)等即可安裝在多種支承面上。另外，由于LED軟燈條輕、薄，因此，采用雙面膠也可以實(shí)現(xiàn)固定的功能。無需專業(yè)人員即可安裝，可以真正享受DIY的裝飾樂趣。

　　八、壽命長：

　　LED軟燈條的正常使用壽命是8~10萬小時(shí)，每天24小時(shí)不停的工作，其壽命都差不多近10年。因此，LED軟燈條的壽命是傳統(tǒng)燈具的好幾倍。

　　九、應(yīng)用范圍廣：

　　LED軟燈條因?yàn)槿彳?、輕薄、色彩純正等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于樓體輪廓，臺階，展臺，橋梁，酒店，KTV裝飾照明，以及廣告招牌的制作、各種大型動畫、字畫的廣告設(shè)計(jì)等場所。隨著LED軟燈條技術(shù)的逐漸成熟，其應(yīng)用范圍將更加廣泛。

　　低偏移儀表放大器的好處

　　當(dāng)使用IA讀取傳感器信號時(shí)經(jīng)常會遇到各種直流誤差問題，主要根源是輸入電壓偏移效應(yīng)。事實(shí)上，引起直流誤差的其它每個(gè)根源都是根據(jù)輸入偏移電壓進(jìn)行建模的，其中直流CMRR代表直流輸入偏移電壓隨輸入共模電壓的變化，直流PSRR代表直流輸入偏移電壓隨電源電壓變化而發(fā)生的改變。

　　也許引起直流誤差的最重要根源是噪聲，而噪聲是半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)和工藝中所固有的。因?yàn)榇蠖鄶?shù)傳感器信號被高增益模塊所放大，以輸入信號為參考的噪聲也被放大同樣的增益。噪聲有兩種形式：粉色噪聲（也稱為1/f或閃爍噪聲）和白色噪聲。粉色噪聲在低頻段（小于100Hz左右）更重要，白色噪聲一般決定了信號帶寬更高的芯片性能。

　　高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出在 “低頻電子線路”課程中已知，放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。

　　粉色噪聲是由于半導(dǎo)體表面上的缺陷點(diǎn)處發(fā)生的重組效應(yīng)引起的。因此與雙極器件產(chǎn)生的噪聲相比，CMOS器件的噪聲具有更大的幅度和更高的角頻率。（噪聲角頻率是指粉色噪聲密度與白色噪聲密度相等時(shí)的頻率）

　　大多數(shù)傳感器選用高阻抗輸入，這迫使IA采用CMOS前端，從而使設(shè)計(jì)師必須面對隨之而來的更高低頻噪聲電平。幸運(yùn)的是，能夠連續(xù)補(bǔ)償輸入偏移電壓的零漂移電路設(shè)計(jì)技術(shù)可以用來消除低頻輸入粉色噪聲。

流行的新架構(gòu)

　　傳統(tǒng)IA使用三個(gè)運(yùn)放搭建成一個(gè)輸入緩沖級和一個(gè)輸出級電路（圖1）。輸入緩沖級電路提供全部差分增益、單位共模增益和高阻抗輸入，差分放大器輸出級提供共模增益為零的單位差分增益。這種IA可以用于許多場合，但它的簡單性掩蓋了兩個(gè)重要的缺點(diǎn)：可用的輸入共模電壓范圍有限，交流CMRR也有限。