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基于“零漂移”仪表放大器的传感器电路优化方案

  传感器测量通常是将感兴趣的物理现象转换为电子电路参数,如电阻和电容,然后再用桥电路进行读取。桥电路再产生与温度和电源电压成比例关系的输出电压或电流信号,从而使测量系统免受温度和电源电压等因素变化的影响。传感器例子包括:用于温度检测的热敏电阻、用于压力检测的电阻/电容应变仪、 用于方向/位置检测的磁阻传感器。

  直接可以产生信号电压或电流的传感器不需要用桥电路来转换物理参数。这种传感器例子有热电偶、基于ECG的医疗仪器以及电源监测电路中测量电压的电流检测电阻等。

  目前的传感器应用范围广,从消费类电子(温度计、压力计、GPS系统等)到汽车电子(燃油传感器、爆震传感器、刹车线路传感器和车窗防夹控制等),工业和医疗仪器(阀位置检测、基于温度的系统校准和心电图仪等)。这些工作环境充满了EMI噪声、电源谐波、地环路电流和ESD脉冲,而待提取的目标信号却相对很小。

  因此,模拟传感器接口变得非常重要,必须在抵消这些环境效应的同时遵守严格的规范要求。为实现成功商用,传感器必须具有低成本、小体积以及低电流(针对电池供电的测量设备)特性。

  系统设计师喜欢将模拟链路设计得尽可能短,希望以此来提高信号抗外部噪声的能力(数字电路通常对噪声不敏感)。过长的模拟链要求在后续电路中使用特定的信号处理电路。

  例如一级电路提供差分增益,但没有共模抑制;另一级电路提供共模抑制,但没有差分增益。双路电源和高电压轨还有助于减轻对模拟电路的信噪比要求。对更短模拟链以及单电源、低电压、模拟电压轨的要求迫使人们开发创新的架构来满足这些挑战。

  因此,在系统设计之初就要作出的一个决策是模数转换器(ADC)和传感器之间是否直接连接。这种直接连接在某些应用场合具有很大的优势。

  例如,高阻比例桥可以采用许多ADC中包含的基本内部参考,而且一些现代ADC包含有高阻缓冲器或PGA,它们可以用来隔离传感器信号与加载信号及ADC采样电路引起的电流脉冲信号。

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