《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于信号调理芯片的运算放大器设计
2022年电子技术应用第11期
何贵昆1,马 奎1,2,杨发顺1,2
1.贵州大学 大数据与信息工程学院,贵州 贵阳550025;2.贵州省微纳电子与软件技术重点实验室,贵州 贵阳550025
摘要: 基于国内40 V双极型工艺设计了一种全差分运算放大器,应用于信号调理芯片的驱动模块,运放输出信号的幅值可通过外接电阻调节。整体电路结构包含输入级、中间级、输出级、反馈电路和基准电路。输入级电路引入电流并联负反馈实现电压到电流转换,通过外围电阻分流信号的一部分来设置主信号幅值。中间级采用共集-共射的电路结构,提高电压增益;功率输出级采用全NPN的B类结构,实现大功率输出,提高电路驱动能力。同时电路引入共模反馈的电阻网络,使输出共模电压集中在正负电源之间。在电源电压为±15 V条件下测试结果为:输出电压有效值幅值范围为1.488 V~18.57 V,直流失调电压为-169 mV,输出短路电流为65 mA,总谐波失真为-41.2 dB。
中圖分類號: TN402文獻標(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)理芯片的運算放大器設(shè)計[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傳感器信號進行處理的方法,可以采用設(shè)計專門調(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、運算放大器等多個關(guān)鍵器件,通過增加幾個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,因為初級繞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]。




本文詳細內(nèi)容請下載:http://www.ihrv.cn/resource/share/2000005007。




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)重點實驗室,貴州 貴陽550025)




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