信號調理電路在測壓系統(tǒng)中的作用--INA128的內部結

INA128的內部結構圖如圖5所示。

圖5 INA128的內部結構圖增益設定

INA128的基本連接中用一個獨立的外部電阻RG可以獲得的放大倍數為：G=1+50kΩ/RG。

式中50kΩ為INA128內部的兩個放大器反饋電阻之和，它們都經過激光校正，具有很高的精度和很小的溫度系數，手冊給定的器件性能已經包括了它們的影響。外接電阻的精度及溫度穩(wěn)定性直接影響增益，特別是增益較大時(G≥100)，連線及插口的電阻也會對增益帶來附加誤差。也就是說，式中的RG值應為外接電阻與連線等雜散電阻的總和。

噪聲干擾

INA128的內部噪聲很小，當G≥100時，0.1Hz到10Hz的低頻噪聲輸出的電壓信號大約只有0.2μVp-p,這比目前最新的低噪聲斬波放大器還要小很多。為減小外部干擾和電源噪聲的影響，應在緊靠電源引腳的地方接去耦電容器。

失調補償

INA128經過激光校正，因此，失調和溫漂都很小，多數情況下無需調整，必要時可對電路進行外部補償。加電壓跟隨器將調零電路與儀表放大器加以隔離，維持引腳Ref的低阻抗，保證了放大器良好的共模抑制比。

共模輸入信號范圍

若輸入信號中的共模電壓過大時，會使輸入放大器飽和。在臨界飽和時，VO的輸出電壓為VO=VCM-VO/2。INA128的線性輸入范圍大約從電源-1.7V到+1.4V。對于確定的電源電壓，輸出電壓Vo越大，允許的共模信號越小。

低電壓運行

INA128的最大特點是適用的電源電壓范圍很寬。電源電壓從±2.25V到±18V變化時，大部分參數仍能維持很好的性能，其具體電路如圖6所示。

圖6 放大電路原理圖

濾波電路設計

壓力傳感器的信號經過調平衡電路和儀表放大器之后為了達到比較理想的測量效果，往往還需要對信號進行濾波，去除信號中疊加的噪聲干擾。本文計劃采用二階壓控低通濾波器，實現對壓力傳感器信號的濾波。測量系統(tǒng)從傳感器拾取的信號中，往往包含噪聲和許多與被測量無關的信號，并且原始的測量信號經傳輸、放大、交換、運算及各種其他處理過程，也會混入各種不同的噪聲，從而影響測量的精度。這些噪聲一般隨機性很強，很難分布于頻率域中某一特定的頻帶中。信號分離電路一般利用濾波器從頻率域中實現對噪聲的抑制，提取所需的測量信號，是各種測量系統(tǒng)中必可少的組成部分。在實際的測試系統(tǒng)中，如果要求我們放大的是微弱的小信號，在放大的同時一些干擾信號也隨之放大，嚴重的影響了我們的測試質量，因此，需要對原始信號進行預處理。前置濾波電路(抗混疊濾波器)是我們削弱噪聲一種常用手段。濾波器的主要功能是讓指定頻段信號能較順利地通過，而對其它頻段信號起到衰減作用。在高沖擊場的測試中，前期需要抑制的主要是高頻信號，以避免在一定的采樣頻率下造成信號頻譜的混疊。需要設計低通濾波器來進行預處理。低通濾波器的作用是使高頻信號盡可能的衰減，而使有用的低頻信號順利通過。

濾波器的類型

按照所處理信號形式的不同，濾波器可分為模擬與數字兩大類。二者在功能特性方面，有許多相似之處，在結構組成方面有又有很大的區(qū)別。前者處理對象為連續(xù)的模擬信號，而后者則為離散的數字信號。

濾波器對不同的頻率的信號有三種不同的選擇作用：

(1) 在通頻帶內信號受到很小的衰減而通過。

(2) 在阻帶內使信號受到很大的衰減而抑制。

(3) 在通帶和阻帶之間的一段過渡帶受到不同程度的衰減。

濾波器對不同頻率帶在全頻帶中分布的位置不同，可實現對不同頻率信號的選擇作用。根據所選擇的頻率濾波器四種類型即：高通、低通、帶通、帶阻。此外還有一種全通濾波器，各種信號都內能夠通過，但相位有不通的變化，他實際是一種移相器。根據電路的組成又可以分為LC無源濾波器、RC無源濾波器、LC有源濾波器和RC有源濾波器。根據傳遞函數則可分為一階濾波器，二階濾波器和高階濾波器。

電源電路介紹與信號調理電路的仿真

任何電子設備都離不開電源，為了使壓力傳感器中的惠斯通電橋能夠正常工作，我們需要提供比較準確的電源，并且其紋波電壓一定要非常小。

電源電路的作用

電源控制技術是放入式電子測試儀器實現低功耗的關鍵技術。簡言之，即電路在需要工作時給其供電，在不需工作時斷電，減小電路無效操作時功耗的比例。此時系統(tǒng)有多種電源供電，采用單電池電源實現多分支電源網絡管理，使得系統(tǒng)各功能模塊的電源相對獨立供電，在不工作時可以分別斷電，以節(jié)省功耗，但此時需要注意帶電部分和不帶電部分的兼容問題。

電源芯片的選擇

目前比較常用的電源芯片有7325、7333、7350、AD587等，這些電源芯片分別能夠輸出穩(wěn)定的2.5V、3.3V、5V、10V電壓，通過旁路電容的設計，其紋波電壓較小，比較適合用來做電源控制電路。

電橋采用恒壓電源供電時必須保證供電電壓在采樣頻率，負載等諸多外部環(huán)境改變的情況下保持高度穩(wěn)定，在實際應用中不使用專門的穩(wěn)壓電源很難做到這一點，因此，本設計中采用LP2987作為專門的電源。