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张健

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传感器提供的电流非常低,如何完成信号放大?


  • 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?

    讨论一:
    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。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。
    讨论二:

    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。
    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。

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回帖(1)

张杰

2024-9-4 17:15:33
在处理传感器提供的低电流信号时,确实需要采取一些特殊的方法来确保信号的有效放大和处理。以下是一些步骤和方法,可以帮助完成信号放大:

1. **选择合适的传感器激励方式**:对于微弱信号,使用方波激励可以提高信号的信噪比。这是因为方波激励可以利用锁相放大器(PLL)或同步检测技术来提取信号。

2. **电流转电压放大器**:使用一个具有极低输入偏置电流的运算放大器(运放)来将传感器的电流信号转换为电压信号。这种转换是必要的,因为大多数后续的电子设备(如ADC)都是处理电压信号的。

3. **同步检测**:同步检测技术可以有效地从噪声中提取微弱信号。这通常涉及到使用锁相放大器或同步解调器,它们可以与传感器的激励信号同步,从而提取出信号。

4. **使用模拟开关**:在同步解调过程中,可能需要使用双路的SPDT(单刀双掷)模拟开关来切换信号路径,以便进行信号的比较和提取。

5. **滤波**:在信号放大过程中,可能需要使用滤波器来去除不需要的高频噪声,这样可以提高信号的质量和准确性。

6. **增益调整**:通过调整运算放大器的增益,可以控制信号的放大程度。这通常涉及到调整反馈电阻的值。

7. **使用差分放大器**:如果信号非常微弱,使用差分放大器可以提高信号的信噪比,因为差分放大器可以抑制共模噪声。

8. **信号调理**:在将信号送入ADC之前,可能需要进行信号调理,包括放大、滤波和可能的缓冲。

9. **选择合适的ADC**:选择一个具有足够分辨率和动态范围的ADC,以确保可以准确地数字化微弱的模拟信号。

10. **数字信号处理**:在处理器中,可以进一步使用数字信号处理技术来提高信号的质量,包括数字滤波、信号平均和可能的信号增强算法。

通过上述步骤,可以有效地放大和处理传感器提供的低电流信号,确保信号在后续的数据处理和分析中具有足够的质量和准确性。
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