摘 要： 介紹了一種由AD620和AD705運(yùn)算放大器構(gòu)成的信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)方法。該電路能將傳感器檢測(cè)出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，使之成為后續(xù)電路能接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
關(guān)鍵詞： 集成運(yùn)算放大器；信號(hào)調(diào)理；電路設(shè)計(jì)

　信號(hào)調(diào)理電路廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、儀器儀表等對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)及處理的應(yīng)用中。它是傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器等后續(xù)裝置的接口。它將傳感器輸出的非常微弱的且受到多種噪聲源干擾的低電平信號(hào)進(jìn)行放大、處理、抑制噪聲并統(tǒng)一格式，使之成為適合A/D轉(zhuǎn)換器等后續(xù)裝置要求的信號(hào)。對(duì)于不同的被測(cè)對(duì)象，所采用的傳感器的種類(lèi)很多，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路提出了不同的要求。結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換器等后續(xù)裝置的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的信號(hào)調(diào)理電路已經(jīng)成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。本文以A1323線性霍爾傳感器檢測(cè)弱磁信號(hào)為例，探討相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)方法。
1 信號(hào)調(diào)理電路中放大器芯片的選用
　運(yùn)算放大器作為信號(hào)調(diào)理電路中的重要元件，一直為電路設(shè)計(jì)工程師所重視。根據(jù)傳感器的類(lèi)型、信號(hào)調(diào)理電路及其不同功能來(lái)選擇合適的運(yùn)算放大器，是設(shè)計(jì)工程師經(jīng)常面臨的問(wèn)題。在本文中，弱磁信號(hào)經(jīng)高靈敏度且對(duì)溫度穩(wěn)定的A1323線性霍爾傳感器變換為電信號(hào)后，還是非常微弱，只是毫伏級(jí)的電壓信號(hào)。因此，對(duì)后續(xù)的調(diào)理電路提出了具體要求：要具有很好的直流特性，即有較低的溫度漂移，較低的輸入失調(diào)電壓和較小的輸入偏置電流；要有較高的共模抑制比和較大的增益（幾百倍）；要有低功耗和低噪聲等。
根據(jù)這一要求，在設(shè)計(jì)中選用AD620型集成運(yùn)放芯片。AD620具有以下特點(diǎn)[1]：
　（1）很好的直流特性。最大輸入失調(diào)電壓為50 μV，最大輸入偏置電流僅為2.0 nA，最大溫度漂移僅為1 μV/℃。供電電源范圍為±2.3 V～±18 V，最大供電電流僅為1.3 mA（低功耗）。
?。?）很低的噪聲。在1 kHz時(shí)，輸入電壓噪聲為9 nV；在0.1 Hz～10 Hz時(shí)，輸入電壓噪聲的最大值為0.14 μV，輸入電流噪聲為0.1 pA。
?。?）較大的增益。AD620的放大倍數(shù)可設(shè)置為1～1 000。
　（4）較高的共模抑制比。AD620的共模抑制比可達(dá)100 dB。
　（5）功耗低、精度高且體積小。以SOIC或DIP封裝，價(jià)格適中。
　AD620的管腳功能如圖1所示。其中，1、8腳外接調(diào)整電阻；2、3腳外接輸入信號(hào)的兩極（2接信號(hào)的負(fù)極，3接信號(hào)的正極）；4、7腳接外部電源的兩極（4接電源的負(fù)極，7接電源的正極）；5腳為參考端，一般情況下與地連接；6腳為放大后信號(hào)的輸出端。內(nèi)部電路如圖2所示。電路的放大倍數(shù)可以由內(nèi)部增益調(diào)節(jié)電阻Rg精確調(diào)節(jié)，當(dāng)內(nèi)部增益電阻R1和R2被精確確定為24.7 kΩ時(shí)，其放大倍數(shù)K的調(diào)節(jié)公式為[2]：

2 信號(hào)調(diào)理電路中參數(shù)的確定
　利用AD620所設(shè)計(jì)的信號(hào)調(diào)理電路如圖3所示。該電路也可稱(chēng)為儀用放大器，其主要功能為：是高精度放大霍爾傳感器輸出的微弱的信號(hào)；具有較高的共模抑制比，抑制共模干擾，提高信噪比；采用濾波方法提高信號(hào)質(zhì)量；采用差動(dòng)輸入以減少零漂[3]。
　信號(hào)調(diào)理電路中的A2是由AD705構(gòu)成的電壓跟隨器，作緩沖級(jí)，起阻抗變換作用，為后級(jí)濾波器高品質(zhì)的工作提供保證。此外，還起隔離作用，隔離放大器放大過(guò)程、電壓提升過(guò)程中的噪聲。A3是由AD705構(gòu)成的濾波電路，用來(lái)保證輸出高質(zhì)量的信號(hào)，以滿足后續(xù)信號(hào)采集的要求。該檢測(cè)過(guò)程要求放大電路的放大倍數(shù)調(diào)節(jié)到100倍，由于放大倍數(shù)并不是很高，因此，濾波電路A3采用RC濾波。由于采樣頻率很低，因此，濾波器為低通濾波，低通濾波器的截止頻率為10 Hz，低于10 Hz的信號(hào)通過(guò)。電路選用低溫度系數(shù)的精密電阻，以獲得盡可能低的漂移；R1、R2和R4、R5的選擇應(yīng)盡可能匹配。采取在電源的引入端采用電源退耦電容，以消除電源所帶來(lái)的波紋干擾。在信號(hào)輸入端增加RC濾波器等措施，以增強(qiáng)電路的抗干擾能力。該電路的主要性能指標(biāo)為：高輸入阻抗（1 012~ 1 014 kΩ）；高共模抑制比（≈106）；低輸入偏置電流（納安級(jí)）；低噪聲、低功耗、差分輸入、單端輸出且工作穩(wěn)定。