高性能電容傳感器檢測系統(tǒng)

　　當開關(guān)s斷開時，由于運算放大器輸入端阻抗很高。電阻R2上的電壓降近似等于零，R2可以近似等效為短路。同時由于放大器兩輸入端虛短的特性，流過電阻R1的電流等于零。因此，R1可以等效為去掉。此時放大器為單位增益同相放大器。

　　脈沖信號的形成可以用如下公式表示。

　　uout=uin·GC

　　輸

入信號為電壓為5V，并帶有噪聲的直流信號。

　　控制信號為：

　　(n=0,1,2...)

　　輸入電壓為常數(shù)Vref，uout(t)可用傅氏級數(shù)表示為：

　　可見，輸出信號中含有基波和奇次諧波。濾除掉高次諧波即得到所需的單一頻率正弦激勵信號。正弦信號的幅度由基準電壓源決定，頻率由控制脈沖決定。

　　在這個環(huán)節(jié)，放大器處理的時交流信號，同時信號幅度較大，需要著重考慮的指標有：噪聲電壓密度，頻率響應特性，輸出電壓擺率。激勵環(huán)節(jié)最終輸出的信號將作用在電容(傳感器)上，低頻信號將被濾除掉。同時放大器的增益很小。因此，放大器的輸入失調(diào)電壓，失調(diào)電流，低頻噪聲等參數(shù)可以不考慮。

　　放大器選用LT1128。LT1128是一個單位增益穩(wěn)定的低噪聲運算放大器。等效輸入電壓噪聲密度最大值為1.1nV/肏z。增益帶寬積不小于13MHz。輸出電壓擺率5V/ms。

　　在這里輸出電壓擺率要求不小于。如果取正弦信號頻率為500KHz，則要求放大器的輸出電壓擺率不小于30V/ms。遠遠高于LT1128的能力。這個問題采用下面的技術(shù)解決。

　　電路中的開關(guān)使用一個N溝道MOSFET來實現(xiàn)。

　　大輸出電壓擺幅放大技術(shù)—運算放大器復合

　　在這個環(huán)節(jié)要求運算放大器的等效輸入噪聲要盡量小，輸出電壓擺幅、擺率要大，并且大信號開環(huán)增益要大。低噪聲高性能運算放大器都不能很好的滿足要求。而這幾項指標中，噪聲性能是無法通過補償改善的。通過增加一個高速的輸出驅(qū)動級(如圖6)可以提高低噪聲放大器的輸出電壓擺率。

　　在輸出級放大器A2的選取上要考慮輸出電壓擺率要大，放大器帶寬要高，頻率響應中相位移動要小。運算放大器A2在設計通頻帶內(nèi)的相移要小于A1在此范圍內(nèi)的相位裕量值。

圖6 高輸出電壓擺率組合放大器

　　輸出放大器的增益值等于要求的電壓擺率除以A1的最小輸出電壓擺率值。

　　A2放大器選用LT1227。LT1227是一個電流反饋寬帶運算放大器。140MHz 帶寬1100V/us輸出電壓擺率。