《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于信號調(diào)理芯片的運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)
2022年電子技術(shù)應(yīng)用第11期
何貴昆1,馬 奎1,2,楊發(fā)順1,2
1.貴州大學(xué) 大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院,貴州 貴陽550025;2.貴州省微納電子與軟件技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽550025
摘要: 基于國內(nèi)40 V雙極型工藝設(shè)計(jì)了一種全差分運(yùn)算放大器,應(yīng)用于信號調(diào)理芯片的驅(qū)動模塊,運(yùn)放輸出信號的幅值可通過外接電阻調(diào)節(jié)。整體電路結(jié)構(gòu)包含輸入級、中間級、輸出級、反饋電路和基準(zhǔn)電路。輸入級電路引入電流并聯(lián)負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)電壓到電流轉(zhuǎn)換,通過外圍電阻分流信號的一部分來設(shè)置主信號幅值。中間級采用共集-共射的電路結(jié)構(gòu),提高電壓增益;功率輸出級采用全NPN的B類結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)大功率輸出,提高電路驅(qū)動能力。同時(shí)電路引入共模反饋的電阻網(wǎng)絡(luò),使輸出共模電壓集中在正負(fù)電源之間。在電源電壓為±15 V條件下測試結(jié)果為:輸出電壓有效值幅值范圍為1.488 V~18.57 V,直流失調(diào)電壓為-169 mV,輸出短路電流為65 mA,總諧波失真為-41.2 dB。
中圖分類號: TN402文獻(xiàn)標(biāo)識碼: ADOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222743
中文引用格式: 何貴昆,馬奎,楊發(fā)順. 基于信號調(diào)理芯片的運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2022,48(11):67-73.
英文引用格式: He Guikun,Ma Kui,Yang Fashun. Design of operational amplifier based on signal conditioning chip[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(11):67-73.
Design of operational amplifier based on signal conditioning chip
He Guikun1,Ma Kui1,2,Yang Fashun1,2
1.College of Big Data and Information Engineering,Guizhou University,Guiyang 550025,China; 2.Key Laboratory of Micro-Nano-Electronics of Guizhou Province,Guiyang 550025,China
Abstract: Based on the domestic 40 V bipolar process, a fully differential operational amplifier is designed, which is applied to the driver module of the signal conditioning chip. The amplitude of the output signal of the operational amplifier can be adjusted by an external resistor. The overall circuit structure includes input stage, intermediate stage, output stage, bias circuit, feedback circuit and reference circuit. The input stage adopts a common base amplifier circuit, which has a wide operating frequency band; the intermediate stage adopts a common collector-common emitter circuit structure to improve the voltage gain; the power output stage constitutes a loop integrator and a resistor network that provides common mode feedback, so that the output common mode voltage is concentrated between the positive and negative power supplies, and the output signal amplitude can be adjusted by an external amplitude control resistor. When the power supply voltage is ±15 V, the test results are:the output voltage amplitude range is 1.488 V~18.57 V, the DC offset voltage is -169 mV, the output short-circuit current is 65 mA,and the total harmonic distortion is 41.2 dB.
Key words : operational amplifier;bipolar;all the difference;amplitude

0 引言

    如今,與線性可變差動變壓器(Linear Variable Differential Transformer,LVDT)式位移傳感器結(jié)合使用的信號調(diào)理芯片正變得越來越流行。在工程應(yīng)用中,有多種對LVDT傳感器信號進(jìn)行處理的方法,可以采用設(shè)計(jì)專門調(diào)理電路的方式,也可以采用專用集成芯片對信號進(jìn)行處理,其中專用集成芯片由于內(nèi)部通常集成了較為完整的LVDT信號調(diào)理子系統(tǒng),包括振蕩器、運(yùn)算放大器等多個(gè)關(guān)鍵器件,通過增加幾個(gè)外部無源器件就可以提供LVDT傳感器所需的正弦波激勵信號,相比設(shè)計(jì)電路的方式具有電路形式簡單、集成度高等優(yōu)勢,在工程實(shí)踐中得到了較為廣泛的應(yīng)用[1-3]。

    信號調(diào)理芯片可將傳感器機(jī)械位置轉(zhuǎn)換為具有高精度和可重復(fù)性的單極或雙極直流電壓,并且它能使客戶避免信號調(diào)節(jié)和系統(tǒng)校準(zhǔn)問題。由于LVDT是電氣變壓器設(shè)備,要使用LVDT,需要有某種形式的交流電源來驅(qū)動初級,大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)商使用正弦波激勵,幅度為幾伏的有效值,頻率在1 kHz和20 kHz之間。正弦波不必非?!凹儍簟保傊C波失真(THD)為2%到3%通常是可以接受的。重要的是激勵信號的直流分量應(yīng)保持較低,因?yàn)槌跫壚@組中的直流電流會對LVDT性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響,并且次級輸出與激勵振幅成正比,這意味著激勵信號的幅值穩(wěn)定性至關(guān)重要[4]。




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作者信息:

何貴昆1,馬  奎1,2,楊發(fā)順1,2

(1.貴州大學(xué) 大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院,貴州 貴陽550025;2.貴州省微納電子與軟件技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽550025)




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