信號(hào)調(diào)理電路在測(cè)壓系統(tǒng)中的作用--INA128的內(nèi)部結(jié)

INA128的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 INA128的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖增益設(shè)定

INA128的基本連接中用一個(gè)獨(dú)立的外部電阻RG可以獲得的放大倍數(shù)為：G=1+50kΩ/RG。

式中50kΩ為INA128內(nèi)部的兩個(gè)放大器反饋電阻之和，它們都經(jīng)過(guò)激光校正，具有很高的精度和很小的溫度系數(shù)，手冊(cè)給定的器件性能已經(jīng)包括了它們的影響。外接電阻的精度及溫度穩(wěn)定性直接影響增益，特別是增益較大時(shí)(G≥100)，連線(xiàn)及插口的電阻也會(huì)對(duì)增益帶來(lái)附加誤差。也就是說(shuō)，式中的RG值應(yīng)為外接電阻與連線(xiàn)等雜散電阻的總和。

噪聲干擾

INA128的內(nèi)部噪聲很小，當(dāng)G≥100時(shí)，0.1Hz到10Hz的低頻噪聲輸出的電壓信號(hào)大約只有0.2μVp-p,這比目前最新的低噪聲斬波放大器還要小很多。為減小外部干擾和電源噪聲的影響，應(yīng)在緊靠電源引腳的地方接去耦電容器。

失調(diào)補(bǔ)償

INA128經(jīng)過(guò)激光校正，因此，失調(diào)和溫漂都很小，多數(shù)情況下無(wú)需調(diào)整，必要時(shí)可對(duì)電路進(jìn)行外部補(bǔ)償。加電壓跟隨器將調(diào)零電路與儀表放大器加以隔離，維持引腳Ref的低阻抗，保證了放大器良好的共模抑制比。

共模輸入信號(hào)范圍

若輸入信號(hào)中的共模電壓過(guò)大時(shí)，會(huì)使輸入放大器飽和。在臨界飽和時(shí)，VO的輸出電壓為VO=VCM-VO/2。INA128的線(xiàn)性輸入范圍大約從電源-1.7V到+1.4V。對(duì)于確定的電源電壓，輸出電壓Vo越大，允許的共模信號(hào)越小。

低電壓運(yùn)行

INA128的最大特點(diǎn)是適用的電源電壓范圍很寬。電源電壓從±2.25V到±18V變化時(shí)，大部分參數(shù)仍能維持很好的性能，其具體電路如圖6所示。

圖6 放大電路原理圖

濾波電路設(shè)計(jì)

壓力傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)平衡電路和儀表放大器之后為了達(dá)到比較理想的測(cè)量效果，往往還需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，去除信號(hào)中疊加的噪聲干擾。本文計(jì)劃采用二階壓控低通濾波器，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力傳感器信號(hào)的濾波。測(cè)量系統(tǒng)從傳感器拾取的信號(hào)中，往往包含噪聲和許多與被測(cè)量無(wú)關(guān)的信號(hào)，并且原始的測(cè)量信號(hào)經(jīng)傳輸、放大、交換、運(yùn)算及各種其他處理過(guò)程，也會(huì)混入各種不同的噪聲，從而影響測(cè)量的精度。這些噪聲一般隨機(jī)性很強(qiáng)，很難分布于頻率域中某一特定的頻帶中。信號(hào)分離電路一般利用濾波器從頻率域中實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的抑制，提取所需的測(cè)量信號(hào)，是各種測(cè)量系統(tǒng)中必可少的組成部分。在實(shí)際的測(cè)試系統(tǒng)中，如果要求我們放大的是微弱的小信號(hào)，在放大的同時(shí)一些干擾信號(hào)也隨之放大，嚴(yán)重的影響了我們的測(cè)試質(zhì)量，因此，需要對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。前置濾波電路(抗混疊濾波器)是我們削弱噪聲一種常用手段。濾波器的主要功能是讓指定頻段信號(hào)能較順利地通過(guò)，而對(duì)其它頻段信號(hào)起到衰減作用。在高沖擊場(chǎng)的測(cè)試中，前期需要抑制的主要是高頻信號(hào)，以避免在一定的采樣頻率下造成信號(hào)頻譜的混疊。需要設(shè)計(jì)低通濾波器來(lái)進(jìn)行預(yù)處理。低通濾波器的作用是使高頻信號(hào)盡可能的衰減，而使有用的低頻信號(hào)順利通過(guò)。

濾波器的類(lèi)型

按照所處理信號(hào)形式的不同，濾波器可分為模擬與數(shù)字兩大類(lèi)。二者在功能特性方面，有許多相似之處，在結(jié)構(gòu)組成方面有又有很大的區(qū)別。前者處理對(duì)象為連續(xù)的模擬信號(hào)，而后者則為離散的數(shù)字信號(hào)。

濾波器對(duì)不同的頻率的信號(hào)有三種不同的選擇作用：

(1) 在通頻帶內(nèi)信號(hào)受到很小的衰減而通過(guò)。

(2) 在阻帶內(nèi)使信號(hào)受到很大的衰減而抑制。

(3) 在通帶和阻帶之間的一段過(guò)渡帶受到不同程度的衰減。

濾波器對(duì)不同頻率帶在全頻帶中分布的位置不同，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率信號(hào)的選擇作用。根據(jù)所選擇的頻率濾波器四種類(lèi)型即：高通、低通、帶通、帶阻。此外還有一種全通濾波器，各種信號(hào)都內(nèi)能夠通過(guò)，但相位有不通的變化，他實(shí)際是一種移相器。根據(jù)電路的組成又可以分為L(zhǎng)C無(wú)源濾波器、RC無(wú)源濾波器、LC有源濾波器和RC有源濾波器。根據(jù)傳遞函數(shù)則可分為一階濾波器，二階濾波器和高階濾波器。

電源電路介紹與信號(hào)調(diào)理電路的仿真

任何電子設(shè)備都離不開(kāi)電源，為了使壓力傳感器中的惠斯通電橋能夠正常工作，我們需要提供比較準(zhǔn)確的電源，并且其紋波電壓一定要非常小。

電源電路的作用

電源控制技術(shù)是放入式電子測(cè)試儀器實(shí)現(xiàn)低功耗的關(guān)鍵技術(shù)。簡(jiǎn)言之，即電路在需要工作時(shí)給其供電，在不需工作時(shí)斷電，減小電路無(wú)效操作時(shí)功耗的比例。此時(shí)系統(tǒng)有多種電源供電，采用單電池電源實(shí)現(xiàn)多分支電源網(wǎng)絡(luò)管理，使得系統(tǒng)各功能模塊的電源相對(duì)獨(dú)立供電，在不工作時(shí)可以分別斷電，以節(jié)省功耗，但此時(shí)需要注意帶電部分和不帶電部分的兼容問(wèn)題。

電源芯片的選擇

目前比較常用的電源芯片有7325、7333、7350、AD587等，這些電源芯片分別能夠輸出穩(wěn)定的2.5V、3.3V、5V、10V電壓，通過(guò)旁路電容的設(shè)計(jì)，其紋波電壓較小，比較適合用來(lái)做電源控制電路。

電橋采用恒壓電源供電時(shí)必須保證供電電壓在采樣頻率，負(fù)載等諸多外部環(huán)境改變的情況下保持高度穩(wěn)定，在實(shí)際應(yīng)用中不使用專(zhuān)門(mén)的穩(wěn)壓電源很難做到這一點(diǎn)，因此，本設(shè)計(jì)中采用LP2987作為專(zhuān)門(mén)的電源。