【摘要】：傳感器系統(tǒng)在生活中使用廣泛。傳感器是通過對外界環(huán)境變量進(jìn)行感知從而將環(huán)境變量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的過程中由于生產(chǎn)環(huán)境的工藝偏差以及器件結(jié)構(gòu)等的影響,使傳感器存在零點(diǎn)漂移和溫度漂移。零點(diǎn)漂移的主要表現(xiàn)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(chǎn)生誤差,影響信號的放大。當(dāng)外界的環(huán)境變量產(chǎn)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(diǎn)漂移和溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償,并且通過自身的消除噪聲技術(shù)減小或消除電路內(nèi)部噪聲和失調(diào)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(diào)理問題,以及其存在的傳感器的非理想特性,論文設(shè)計(jì)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(jìn)行自動調(diào)零,以及可以對橋式傳感器的初始誤差進(jìn)行調(diào)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(diào)零電路,該電路是專門為橋式傳感器的過度失調(diào)所設(shè)計(jì)的偏移校準(zhǔn)電路,可以應(yīng)對較大范圍的傳感器失調(diào)。論文將粗調(diào)零的校準(zhǔn)電壓同自動調(diào)零電路相結(jié)合,在自動調(diào)零的過程中實(shí)現(xiàn)了對橋式傳感器的粗調(diào)零。第二部分為自動調(diào)零放大器,用于對失調(diào)電壓和放大器內(nèi)部噪聲進(jìn)行調(diào)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(diào)零放大器,為儀表放大器的輸出級,同樣具有自動調(diào)零功能。第五部分為可編程增益電阻。在設(shè)計(jì)中調(diào)零所用放大器采用全差分輸入輸出結(jié)構(gòu),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(diào)零運(yùn)放的乒乓結(jié)構(gòu)的自動調(diào)零技術(shù),使調(diào)零過程在一個時鐘周期內(nèi)連續(xù),增加了調(diào)零效率,并采用可編程的電阻陣列對儀表放大器的增益實(shí)現(xiàn)多倍數(shù)可調(diào)。論文基于0.35μm CMOS工藝完成了各個模塊以及整個電路的設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證,基于Cadence Virtuoso工具完成了版圖設(shè)計(jì)驗(yàn)證。仿真結(jié)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(diào),其中輸入調(diào)零頻率為7kHz,輸入10mV的失調(diào)電壓,輸出失調(diào)僅為7.5μV。對傳感器的輸入失調(diào)電壓可進(jìn)行定制化的粗偏移校準(zhǔn),能滿足多種傳感器前端信號采集和調(diào)理的應(yīng)用。
【圖文】：

粗調(diào)零運(yùn)放PSRR仿真結(jié)果

CMRR圖4.3 粗調(diào)零運(yùn)放 CMRR 仿真電路圖4.4 粗調(diào)零運(yùn)放 CMRR 仿真結(jié)果如圖 4.3 將運(yùn)算放大器連接成為單位增益負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，即輸出端與輸入 Vin 連接，并且在運(yùn)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(jì)算為 1V，得到粗調(diào)零運(yùn)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(yīng)用所需。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TN722

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Scott Hunt;;直擊增益范圍:利用儀表放大器獲得多個增益范圍[J];中國電子商情(基礎(chǔ)電子);2018年11期

2 胡詩文;;儀表放大器應(yīng)用中的相關(guān)問題探究[J];數(shù)碼世界;2016年12期

3 Reza Moghimi;;采用校正相位的儀表放大器設(shè)計(jì)[J];中國集成電路;2011年09期

4 李研達(dá);;儀表放大器的構(gòu)建策略淺析[J];內(nèi)江科技;2009年04期

5 ;如何構(gòu)建儀表放大器[J];世界電子元器件;2008年03期

6 Thomas Kugelstadt;;讓您的儀表放大器設(shè)計(jì)發(fā)揮極大效能[J];電子產(chǎn)品世界;2006年05期

7 Chuck Kitchin;有效地應(yīng)用儀表放大器-輸入接地返回的重要性[J];世界電子元器件;2005年11期

8 王崗嶺;樊建文;韓建軍;;儀表放大器及在智能化儀器中的應(yīng)用[J];電子制作;2005年08期

9 魏智;儀表放大器及應(yīng)用[J];國外電子元器件;2004年05期

10 ;CMOS儀表放大器INA321[J];國外電子元器件;2001年01期

相關(guān)會議論文 前4條

1 呂英俊;楊雪;;生物電前置放大器研究與設(shè)計(jì)[A];第七屆青年學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

2 營笑;王少永;蔣文亮;金招省;;儀表放大器的容差分析與仿真研究[A];2015航空試驗(yàn)測試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2015年

3 王相海;劉庭欣;;直流大電流原位檢測[A];中國儀器儀表學(xué)會第三屆青年學(xué)術(shù)會議論文集（下）[C];2001年

4 劉南;呂淑琴;張?jiān)孪?李振松;;基于AD系列有源低噪放大器性能分析與比較[A];2010中國儀器儀表與測控技術(shù)大會論文集[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前8條

1 甘肅 劉立根 編譯;抑制儀表放大器射頻整流誤差的電路[N];電子報;2013年

2 山西 張勇 編譯;差分輸入/輸出低功耗儀表放大器[N];電子報;2015年

3 四川 吳濤 編譯;噪聲減半的自動調(diào)零儀表放大器[N];電子報;2013年

4 河北 張建國 編譯;儀表放大器能提升壓電傳感器的測速性能[N];電子報;2012年

5 江西 邊蘇麗 編譯;高共模抑制比的儀表放大器[N];電子報;2013年

6 ;可在低電壓下實(shí)現(xiàn)高共模抑制比的儀表放大器[N];電子報;2008年

7 山東 朱威剛 編譯;為ADC輸入提供精密驅(qū)動和低通濾波[N];電子報;2013年

8 甘肅 趙素芬 編譯;互補(bǔ)電壓電路[N];電子報;2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王伊昌;應(yīng)用于ECG信號采集的儀表放大器分析與設(shè)計(jì)[D];重慶郵電大學(xué);2019年

2 劉若曦;高性能自歸零可編程儀表放大器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

3 胡凱睿;低功耗儀表放大器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2019年

4 謝雪勤;基于心電信號采集模塊的高性能儀表放大器的研究與設(shè)計(jì)[D];福州大學(xué);2017年

5 趙進(jìn)才;TMR磁強(qiáng)計(jì)中斬波儀表放大器設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

6 孫鵬;用于植入式生物醫(yī)療系統(tǒng)的高性能儀表放大器的研究與設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2013年

7 滕志剛;巨磁阻傳感器的溫度補(bǔ)償電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];杭州電子科技大學(xué);2017年

8 楊宏;基于CMOS工藝的高性能電流模儀表放大器的設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2006年

9 李欣序;基于CMOS工藝的高性能儀表放大器設(shè)計(jì)[D];吉林大學(xué);2017年

10 柯可人;高性能、低功耗模擬前端芯片的研究與設(shè)計(jì)[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

本文編號：2610096