【摘要】：傳感器系統在生活中使用廣泛。傳感器是通過對外界環(huán)境變量進行感知從而將環(huán)境變量轉化為電子電路可以處理的電壓量或者電流量的工具,但是在轉換的過程中由于生產環(huán)境的工藝偏差以及器件結構等的影響,使傳感器存在零點漂移和溫度漂移。零點漂移的主要表現為在外界零信號輸入傳感器時,傳感器輸出信號不為零,以及溫度的波動變化使傳感器輸出產生誤差,影響信號的放大。當外界的環(huán)境變量產生很微小的變化時,傳感器上的變化也會很小,這樣的信號變化在電路處理的過程中很有可能隨著電路噪聲一起而變得無法正確識別,儀表放大器的工作就是對傳感器的零點漂移和溫度漂移進行補償,并且通過自身的消除噪聲技術減小或消除電路內部噪聲和失調電壓,以此來放大和處理小擺幅信號。針對電阻電橋式傳感器的信號調理問題,以及其存在的傳感器的非理想特性,論文設計了一款自歸零可編程儀表放大器。該儀表放大器具有可編程的電壓增益,可以對輸入信號進行自動調零,以及可以對橋式傳感器的初始誤差進行調零修正。論文的主要電路可分為五部分,第一部分為輸入粗調零電路,該電路是專門為橋式傳感器的過度失調所設計的偏移校準電路,可以應對較大范圍的傳感器失調。論文將粗調零的校準電壓同自動調零電路相結合,在自動調零的過程中實現了對橋式傳感器的粗調零。第二部分為自動調零放大器,用于對失調電壓和放大器內部噪聲進行調零。第三部分為主放大器,主要用于對信號的放大。第四部分為輸出調零放大器,為儀表放大器的輸出級,同樣具有自動調零功能。第五部分為可編程增益電阻。在設計中調零所用放大器采用全差分輸入輸出結構,有效降低共模噪聲,輸出采用AB類級輸出,提高了輸出擺幅。同時采用雙調零運放的乒乓結構的自動調零技術,使調零過程在一個時鐘周期內連續(xù),增加了調零效率,并采用可編程的電阻陣列對儀表放大器的增益實現多倍數可調。論文基于0.35μm CMOS工藝完成了各個模塊以及整個電路的設計及仿真驗證,基于Cadence Virtuoso工具完成了版圖設計驗證。仿真結果表明,自歸零可編程儀表放大器的輸出增益以及范圍可以從4到128倍范圍可調,其中輸入調零頻率為7kHz,輸入10mV的失調電壓,輸出失調僅為7.5μV。對傳感器的輸入失調電壓可進行定制化的粗偏移校準,能滿足多種傳感器前端信號采集和調理的應用。
【圖文】：

粗調零運放PSRR仿真結果

CMRR圖4.3 粗調零運放 CMRR 仿真電路圖4.4 粗調零運放 CMRR 仿真結果如圖 4.3 將運算放大器連接成為單位增益負反饋結構，即輸出端與輸入 Vin 連接，并且在運算放大器的同相輸入端 Vip 和反向輸入端 Vin 處加上相同同相的交流電壓，一般便于計算為 1V，得到粗調零運放的共模抑制比。由圖 4.4 可以看出在低頻時（頻率低于 10kHz），其共模抑制比約等于-118dB 左右，，滿足儀表放大器應用所需。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TN722

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本文編號：2610096