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壓力傳感器信號調(diào)理電路設計
該文闡述了專門針對壓力傳感器的信號調(diào)理電路的設計。本論文從誤差分析，力傳感器的選定和放大電路的設計三個方面闡述該電路設計思路，重點闡述了放大電路部分的設計過程，參數(shù)計算、誤差及溫漂控制，對部分電路進行了系統(tǒng)仿真，仿真結果表明設計方案工作穩(wěn)定可靠、噪聲小，抗干擾能力強，能保證該信號達到后續(xù)電路的接收要求。
摘要： 壓力傳感器的應用領域十分廣泛,幾乎滲透到了各行各業(yè),基于MEMS技術的硅基壓阻式壓力傳感器的研發(fā)與應用,受到了業(yè)界的普遍關注。壓力傳感器的發(fā)展趨勢是小型化、集成化和智能化�；谄髽I(yè)實際項目需求,完成了壓力傳感器混合信號調(diào)理電路的設計與實現(xiàn)。
關鍵詞：放大電路 信號調(diào)理 噪聲控制
1、 引言
壓力傳感器在電子產(chǎn)品中的應用比較廣泛，其信號調(diào)理電路通過對信號的調(diào)節(jié)變換，使信號達到后續(xù)電路的接收要求。電路的誤差控制、抗干擾技術對電路的設計至關重要，電路的穩(wěn)定性直接關系到單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的準確性和產(chǎn)品的實用性。
本論文的信號調(diào)理電路主要用于電子稱等衡器的前端信號處理，量程0―5Kg，其最大允許誤差±1.5e(分度值e=2g)。本論文從誤差分析，力傳感器的選定和放大電路的設計三個方面闡述該電路設計思路。
2、硬件設計中誤差解決方法
降低電路元器件產(chǎn)生的噪聲、設置穩(wěn)壓電流源作傳感器專用電源，可保證傳感器輸出信號精度高，紋波小，穩(wěn)定可靠，選擇合適的傳感器。
由于組成電路的元件內(nèi)部會產(chǎn)生一些噪聲，并且實驗中發(fā)現(xiàn)，噪聲的功率與輸入的電壓有直接的關系，而且會對實驗的參數(shù)產(chǎn)生較大的影響。在試驗中對電阻等噪聲較大的原件通過元件的噪聲參數(shù)建立模型來進行系統(tǒng)分析。綜合考慮成本及噪聲性能，選擇噪聲較小的NE5532放大器電路，其相對噪聲比優(yōu)于同等價格的其他運算放大器。
傳感器采用了N430-5kg應變式壓力傳感器，量程0～5kg，靈敏度為1.0mV/N，體積小，易攜帶;額定輸出1.0±0.15mV/V，能夠滿足實驗精度要求;并能夠使產(chǎn)品具有便攜性，力傳感器后接電橋的以減少溫漂，即電橋壓力傳感器的電橋電阻設為R1=R2=R3=R4=100Ω，差動工作，應變片使得電橋保持了平衡，使得電橋的輸出電壓與電阻變化有關，保持了一個即R1=R-△R，R2=R+△R，R3=R-△R，R4=R+△R，則電橋輸出為
3、放大電路的分析與設計
整體電路設計如圖3-1所示，包含兩級放大電路，通過反饋設計提高了輸出的準確性。第一級放大電路采用雙運算放大器，此放大器小信號帶寬10MHZ，功率帶寬140KHZ，轉換速率9V/us，符合一般控制電路的設計要求。第二級放大電路采用二階低通濾波運算放大電路。
通過使用Multisim 12.0仿真軟件中的函數(shù)發(fā)生器模擬在f0=10Hz下的濾波波形，其通帶最大衰減為4.165518dB，阻帶最大衰減為14.403186dB，其中R9和R11=R10//R12，由R12來確定放大倍數(shù)，算得Q=0.5，滿足實驗設計要求。
由于在 Multisim12.0仿真軟件中，沒有直接的電荷源信號，考慮到電阻應變式傳感器輸出為電壓信號，改變傳感器的應變重量，在形式上是以電壓的形式輸出的。在電路分析時可以把傳感器看作一個電壓源，其輸出電壓在其電電路中將信號傳遞給放大電路。所以在模擬仿真中，采用了TL431ACD 保證模擬信號輸入端的穩(wěn)定性。
4、 軟件設計中的誤差補償
采用延遲法進行誤差補償，在系統(tǒng)中， 存在控制開關的抖動干擾。抑制這種噪聲方法就是通過延時， 讓接通或斷開信號穩(wěn)定后系統(tǒng)再工作， 就可以避免抖動干擾。
5、 結語
本設計的放大電路的帶寬在890mHZ～123HZ，測得輸入為2.756mv時，輸出為217.177mv，放大倍數(shù)約100倍。整體上對各種誤差來源給以充分的估計，并針對不同的情況采取不同的技術措施，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)的準確、可靠。
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