如何实现微弱信号放大

一、如何实现微弱信号放大?

传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路,在这种应用中,一个典型的问题是传感器提供的电流非常低,在这种情况下, 如何完成信号放大?张世龙指出,对于微弱信号的放大,只用单个放大器难以达到好的效果,必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段,而使用同步检测电路结 构可以得到非常好的测量效果。这种同步检测电路类似于锁相放大器结构,包括传感器的方波激励,电流转电压放大器,和同步解调三部分。他表示,需要注意的是 电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。另外同步解调需选用双路的SPDT模拟开关。

另有工程师朋友建议,在运放、电容、电阻的选择和布板时,要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。有网友对这类问题的解决也进行了补充,如网友“1sword”建议:

1)电路设计时注意平衡的处理,尽量平衡,对于抑制干扰有效,这些在美国国家半导体、BB(已被TI收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。

2)推荐加金属屏蔽罩,将微弱信号部分罩起来(开个小模具),金属体接电路地,可以大大改善电路抗干扰能力。

3)对于传感器输出的nA级,选择输入电流pA级的运放即可。如果对速度没有多大的要求,运放也不贵。仪表放大器当然最好了,就是成本高些。

4)若选用非仪表运放,反馈电阻就不要太大了,M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大,中间加入简单的高通电路,抑制50Hz干扰。

二、运算放大器的偏置设置

在双电源运放在接成单电源电路时,工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择,比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电 压源好?有的网友建议用参考电压源,理由是精度高,此外还能提供较低的交流旁路,有的网友建议用电阻,理由是成本低而且方便,对此,张世龙没有特别指出用 何

种方式,只是强调双电源运放改成单电源电路时,如果采用基准电压的话,效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻 分压方式,必须考虑电源纹波对系统的影响,这种用法噪声比较高,PSRR比较低。

三、 如何解决运算放大器的零漂问题?

有网友指出,一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换,可是在传感器动态工作时,电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生,如何解决这个问题?

对此,网友“Frank”分析道,有几种可能性会导致零漂:1)反馈电容ESR特性不好,随电荷量的变化而变化;2)反馈电容两端未并上电阻,为了 放大器的工作稳定,减少零漂,在反馈电容两端并上电阻,形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点;3)可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高,造成电荷 泄露,导致零漂。

网友“camel”和“windman”还从数学分析的角度对造成零漂的原因进行了详细分析,认为除了使干扰源漂移小以外还必须使传感 器、缆线电阻要大,运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小,即反馈电阻的作用是为了防止漂移,稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话,也会影响到放 大器的频率下限。所以必须综合考虑!

而嘉宾张世龙则建议,对于电荷放大器输出电压不归零的现象,一般采用如下办法来解决:

1)采用开关电容电路的技巧,使用CDS采样方式可以有效消除offset电压;2)采用同步检测电路结构,可以有效消除offset电压。

一、如何实现微弱信号放大?

传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路,在这种应用中,一个典型的问题是传感器提供的电流非常低,在这种情况下, 如何完成信号放大?张世龙指出,对于微弱信号的放大,只用单个放大器难以达到好的效果,必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段,而使用同步检测电路结 构可以得到非常好的测量效果。这种同步检测电路类似于锁相放大器结构,包括传感器的方波激励,电流转电压放大器,和同步解调三部分。他表示,需要注意的是 电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。另外同步解调需选用双路的SPDT模拟开关。

另有工程师朋友建议,在运放、电容、电阻的选择和布板时,要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。有网友对这类问题的解决也进行了补充,如网友“1sword”建议:

1)电路设计时注意平衡的处理,尽量平衡,对于抑制干扰有效,这些在美国国家半导体、BB(已被TI收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。

2)推荐加金属屏蔽罩,将微弱信号部分罩起来(开个小模具),金属体接电路地,可以大大改善电路抗干扰能力。

3)对于传感器输出的nA级,选择输入电流pA级的运放即可。如果对速度没有多大的要求,运放也不贵。仪表放大器当然最好了,就是成本高些。

4)若选用非仪表运放,反馈电阻就不要太大了,M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大,中间加入简单的高通电路,抑制50Hz干扰。

二、运算放大器的偏置设置

在双电源运放在接成单电源电路时,工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择,比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电 压源好?有的网友建议用参考电压源,理由是精度高,此外还能提供较低的交流旁路,有的网友建议用电阻,理由是成本低而且方便,对此,张世龙没有特别指出用 何

种方式,只是强调双电源运放改成单电源电路时,如果采用基准电压的话,效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻 分压方式,必须考虑电源纹波对系统的影响,这种用法噪声比较高,PSRR比较低。

三、 如何解决运算放大器的零漂问题?

有网友指出,一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换,可是在传感器动态工作时,电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生,如何解决这个问题?

对此,网友“Frank”分析道,有几种可能性会导致零漂:1)反馈电容ESR特性不好,随电荷量的变化而变化;2)反馈电容两端未并上电阻,为了 放大器的工作稳定,减少零漂,在反馈电容两端并上电阻,形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点;3)可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高,造成电荷 泄露,导致零漂。

网友“camel”和“windman”还从数学分析的角度对造成零漂的原因进行了详细分析,认为除了使干扰源漂移小以外还必须使传感 器、缆线电阻要大,运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小,即反馈电阻的作用是为了防止漂移,稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话,也会影响到放 大器的频率下限。所以必须综合考虑!

而嘉宾张世龙则建议,对于电荷放大器输出电压不归零的现象,一般采用如下办法来解决:

1)采用开关电容电路的技巧,使用CDS采样方式可以有效消除offset电压;2)采用同步检测电路结构,可以有效消除offset电压。


相关文章

  • 微弱信号检测技术专题
  • 第27卷 第3期2005年6月 电气电子教学学报JOURNALOFEEE Vol.27No.3 Jun.2005 微弱信号检测技术综合专题实验 卢荣德,杜英磊 中国科学技术大学( 摘 *天文及应用物理系,安徽合肥230026) 要:本文基于 ...查看


  • 基于互相关函数的微弱信号检测仪的研究
  • 基于互相关函数的微弱信号检测仪的研究 漆淼,郭建强 (西南交通大学物理科学与技术学院,四/II成都610031) 摘 要:如何检测埋藏于噪声背景下的微弱信号一直是信号测量领域的关键技术.而采用互相 关函数的方法可以很好地对微弱信号进行检测, ...查看


  • 微弱信号检测
  • 题 目 微弱信号检测 课程论文 微弱信号检测中的噪声与直流误差分析 学生姓名学 号 院 系专 业 电子信息工程 任课教师 二O一六 年六月十二日 摘要 在实际的数据采集和信号处理系统中,由于信号的幅值较小,测量时又受到信号端.传输器件及变换 ...查看


  • 基于锁相放大的微弱信号检测电路研究
  • 摘 要:锁相放大器(lock-in amplifier)运用互相关性原理,参考干扰信号与被测信号的互相关性,从比被测信号强100dB以上的干扰信号中检测出目的信号.为了更好的检测出被测信号,在锁相放大器原理的基础上,利用开关型相敏检波器(p ...查看


  • 自适应光学电流互感器的光学传感微弱信号检测方法
  • 第34卷 第6期2010年3月25 日Vol. 34 No. 6Mar. 25, 2010 自适应光学电流互感器的光学传感微弱信号检测方法 李岩松, 周 浩, 刘 君, 王 倩 (华北电力大学电气与电子工程学院, 北京市102206) 摘要 ...查看


  • 模电课设报告
  • 学号 3140507019 课 程 设 计 报 告 中文题目:锁相放大器 课 程 名 称:电子技术课程设计 班 级 名 称:农业电气化1401班 作 者 姓 名: 黄 杰 指 导 教 师: 李 彦 旭 提 交 日 期: 2016.6.24 ...查看


  • 锁相放大器检测正弦波
  • 相关检测的锁定放大器的设计 2 锁定放大原理 锁相放大器采用的是外差式振荡技术,它把被测量的信号通过频率变换的方式转变成为直流.即利用锁相放大器中的信号相关原理,对两个混有噪声的周期信号进行相乘和积分处理后, 将信号从噪声中检测出来,并达到 ...查看


  • 微弱信号高精度线性放大电路的设计_王建宇
  • 第22卷第22期电子设计工程 Vol.22No.22ElectronicDesignEngineering 2014年11月Nov.2014 微弱信号高精度线性放大电路的设计 王建宇 (煤科集团沈阳研究院有限公司辽宁大连116013) 摘要 ...查看


  • 一种微弱信号的宽带程控高增益放大器设计
  • 一种微弱信号的宽带程控高增益放大器设计 王康,胡航宇.耿东睨 (电子科技大学通信与信息工程学院,成都611731) 摘要:本文设计并制作了O-15MHz带宽的宽带放大器,放大器可放大不低于1mV的有效值信号,增益0-80dB预 设或手动可调 ...查看


热门内容