零漂移仪表放大器的传感器电路优化方案

智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如，它在机器人领域中有着广阔应用前景，智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能，可感知各种现象，完成各种动作。在工业生产中，利用传统的传感器无法对某些产品质量指标（例如，黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等）进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量（如温度、压力、流量等）。Cygnus公司生产了一种葡萄糖手表,其外观像普通手表一样，戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。葡萄糖手表上有一块涂着试剂的垫子，当垫子与皮肤接触时，葡萄糖分子就被吸附到垫子上，并与试剂发生电化学反应，产生电流。传感器测量该电流，经处理器计算出与该电流对应的血糖浓度，并以数字量显示。

　　因此，模拟传感器接口变得非常重要，必须在抵？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。

　　但另一方面也存在使用仪表放大器（IA）连接传感器和ADC的实际例子，其原因是：

　　1. 在靠近信号源的地方将小信号放大可以改善一些应用的总信噪比，特别是当传感器不靠近ADC时。

　　2. 许多高性能ADC没有高阻抗输入端，因此需要低源阻抗放大器的驱动才能充分发挥它们的性能。在这种情况下如果没有中间放大器，输入电流尖峰和源阻抗失配等异常情况将带来增益误差。

　　3. 外部放大器能帮助用户针对应用优化信号调节（滤波）。

　　4. 用于制造ADC的最佳半导体工艺并不一定是用于制造放大器的最佳工艺。

　　5. IA提供的增益使传感器和ADC之间的接口更加容易，因为它不仅可以减轻系统设计压力，还能降低总体系统成本。例如，读取一个无增益的传感器信号比读取放大的传感器信号需要更高的分辨率和昂贵的ADC。LED软灯条九大优点

　　一、纯正的色彩：

　　LED软灯条采用高亮度贴片LED为发光元件，因此具备了LED发光元件的优点，光色纯正、柔和、无眩光。既可以作为装饰用途，又可以兼做照明用途。

　　二、柔软性：

　　LED软灯条采用非常柔软的FPC为基板，可以任意弯折而不会折断，易于成型，适合各种广告造型需要。

　　三、发热量小：

　　LED软灯条的发光元件是LED，由于单颗LED的功率很低，一般为0.04~0.08W，因此发热量不高。可以作为鱼缸里的装饰照明，而不会产生大量热量造成水温升高，影响观赏鱼的生长。

　　四、超节能：

　　LED软灯条1210的功率每米只有4.8W，5050的LED软灯条每米功率为7.2W，相对于传统照明及装饰灯具而言，功率低了好几倍，而效果却好很多。

　　五、环保：

　　LED软灯条组成材料无论是LED还是FPC，其材质都是采用的环保材质，属于可回收利用型，不会因为大量使用而造成对环境的污染和破坏。

　　六、安全：

　　LED软灯条采用的是低压直流12V供电电压，因此使用上非常安全。无论老人、小孩都可以安全使用而不会引起安全隐患。

　　七、简易安装：

　　LED软灯条安装非常简便，配用固定夹、线槽、铁线、铁网等即可安装在多种支承面上。另外，由于LED软灯条轻、薄，因此，采用双面胶也可以实现固定的功能。无需专业人员即可安装，可以真正享受DIY的装饰乐趣。

　　八、寿命长：

　　LED软灯条的正常使用寿命是8~10万小时，每天24小时不停的工作，其寿命都差不多近10年。因此，LED软灯条的寿命是传统灯具的好几倍。

　　九、应用范围广：

　　LED软灯条因为柔软、轻薄、色彩纯正等特点，被广泛应用于楼体轮廓，台阶，展台，桥梁，酒店，KTV装饰照明，以及广告招牌的制作、各种大型动画、字画的广告设计等场所。随着LED软灯条技术的逐渐成熟，其应用范围将更加广泛。

　　低偏移仪表放大器的好处

　　当使用IA读取传感器信号时经常会遇到各种直流误差问题，主要根源是输入电压偏移效应。事实上，引起直流误差的其它每个根源都是根据输入偏移电压进行建模的，其中直流CMRR代表直流输入偏移电压随输入共模电压的变化，直流PSRR代表直流输入偏移电压随电源电压变化而发生的改变。

　　也许引起直流误差的最重要根源是噪声，而噪声是半导体芯片设计和工艺中所固有的。因为大多数传感器信号被高增益模块所放大，以输入信号为参考的噪声也被放大同样的增益。噪声有两种形式：粉色噪声（也称为1/f或闪烁噪声）和白色噪声。粉色噪声在低频段（小于100Hz左右）更重要，白色噪声一般决定了信号带宽更高的芯片性能。

　　高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在 “低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。

　　粉色噪声是由于半导体表面上的缺陷点处发生的重组效应引起的。因此与双极器件产生的噪声相比，CMOS器件的噪声具有更大的幅度和更高的角频率。（噪声角频率是指粉色噪声密度与白色噪声密度相等时的频率）

　　大多数传感器选用高阻抗输入，这迫使IA采用CMOS前端，从而使设计师必须面对随之而来的更高低频噪声电平。幸运的是，能够连续补偿输入偏移电压的零漂移电路设计技术可以用来消除低频输入粉色噪声。

流行的新架构

　　传统IA使用三个运放搭建成一个输入缓冲级和一个输出级电路（图1）。输入缓冲级电路提供全部差分增益、单位共模增益和高阻抗输入，差分放大器输出级提供共模增益为零的单位差分增益。这种IA可以用于许多场合，但它的简单性掩盖了两个重要的缺点：可用的输入共模电压范围有限，交流CMRR也有限。