一种用于仪表放大器的漂移电压校正电路

摘要

本发明公开了一种用于仪表放大器的漂移电压校正电路，该电路包括：一输入电压，一运算放大器OP1，所述输入电压接运算放大器OP1的正端；运算放大器OP1的输出端接有校正电路；一校正电路，由MN1/MN2/MN3三个NMOS管和串接于一起的MP1/MP2/MP3三个PMOS管构成。本发明可以校正仪表放大器的漂移电压或传感器信号中的漂移电压，扩展了仪表放大器的输入范围，可以处理种类更多的传感器信号，拓展了仪表放大器的输入范围和能处理的传感器种类。

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，特别涉及应用于仪表放大器电路的漂移电 压的校正电路。

背景技术

仪表放大器的主要作用在于放大差分信号，抑制共模信号，提高信噪比， 是高精度信号采集系统的常用电路模块。信号采集系统处理的信号包括压力传 感器、温度传感器等传感器的输出微弱信号，以及生物电信号等。这些信号经 过仪表放大器放大后，由高精度ADC转换成数字信号，再由CPU或MCU处 理。所以，仪表放大器的精度直接关系到整个信号采集信号的精度。

仪表放大器的典型结构如图1所示，由两个运放的反馈电路组成。输入信 号正端VINP作为运放OP1的正输入，输入信号负端VINN作为运放OP2的负 输入，运放OP1/OP2的输出VOUTP/VOUTN作为差分信号提供给ADC模块。 节点VCM是仪表放大器差分输出信号的共模工作点，该点电压等于输入信号 VINP和VINN的共模工作点。

仪表放大器通过放大输入信号，抑制噪声的方式来提高信噪比。如果输入 信号包含漂移电压的成分，则该漂移电压也会被仪表放大器放大。例如，某压 力传感器的漂移电压是10mV，即在没有按压的情况下传感器也会输出10mV 的差分信号，经过放大倍数为16倍的仪表放大器后，该漂移电压变成160mV， 情况进一步恶化。

使用仪表放大器、传感器信号的另一弊端在于输入范围也随之减小，超过 此量程的信号将使仪表放大器和ADC溢出，而无法得到有效的数据。如果输 入信号包含漂移电压，这一问题会更严重。例如，一个放大倍数为16的仪表放 大器提供差分信号给一款高精度ADC使用，该ADC的差分信号输入范围是 0～1500mV。仪表放大器放大一漂移电压为10mV的压力传感器信号，则漂移电 压经过仪表放大器后变成160mV，则ADC实际能处理的差分信号输入范围缩 减至0～1340mV。在更恶劣的情况中，如果压力传感器的漂移电压等于100mV， 仪表放大器将放大至1600mV，甚至超过ADC的输入范围，压力传感器的信号 完全不能被该信号采集系统处理。

例如专利申请90107838.7公开了一种漂移电压均衡运算放大器，该发明的 差动信号(ds)漂移均衡运算放大器由一辅放大器(av)和一主放大器(m v)构成，每个放大器有一差动输入(i－[1]，i－[2])和自动归零 输入(Z－[1]，Z－[2])。为了提供漂移均衡，自动归零输入端和两 个集成的存储电容(C－[1]，C－[2])上的电压连接，辅放大器的差 动输入可以由第一和第二开关(S－[1]，S－[2])短路，第一和第二 存储电容(C－[1]，C－[2])由第三和第四开关和辅放大器输出相连， 自动归零输入(Z－[1]，Z－[2])的灵敏度小于差动输入(i－[1]， i－[2])的灵敏度。然而，该专利申请只可以校正运算放大器的漂移电压， 却不能校正仪表放大器和传感器的漂移电压。

发明内容

为此，本发明的首要目地是提供一种用于仪表放大器的漂移电压校正电路， 该电路可以校正仪表放大器的漂移电压或传感器信号中的漂移电压，扩展了仪 表放大器的输入范围，可以处理种类更多的传感器信号。

本发明的另一个目地在于提供一种用于仪表放大器的漂移电压校正电路， 该电路实现简便，成本低廉。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于仪表放大器的漂移电压校正电路，该电路包括：

一输入电压，所述输入电压是由两个串联于一起的电阻RK1/RK2分压节点 VRK0产生，进一步，所述两个串联于一起的电阻RK1/RK2一端接VS，一端 接地。

一运算放大器OP1，所述输入电压接运算放大器OP1的正端；运算放大器 OP1的输出端接有校正电路；

所述校正电路，由MN1/MN2/MN3三个NMOS管和串接于一起的 MP1/MP2/MP3三个PMOS管构成；所述MP1/MP2/MP3三个PMOS管串接于 MN1后，MN1接在OP1的输出端，且所述MP1/MP2/MP3三个PMOS管分别 接于VS。

进一步，所述MN2/MN3串联在一起，并通过MN2接于MP2上；所述输 出电流ICP通过MP3进行输出，所述输入电路ICN输入到MN3。

本发明所实现的漂移电压校正电路可以校正仪表放大器的漂移电压或传感 器信号中的漂移电压，扩展了仪表放大器的输入范围，可以处理种类更多的传 感器信号，拓展了仪表放大器的输入范围和能处理的传感器种类。

附图说明

图1是现有技术实施的电路图。

图2是本发明所实施带漂移电压校正电路的仪表放大器。

图3是本发明所实施的仪表放大器漂移电压校正电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见附图2，图2所示是带有漂移电压校正电路的仪表放大器，其中： OP1/OP2是运放；R1A/R2A/R1B/R2B是电阻；VINP/VINN是输入信号； VOUTP/VOUTN是输出信号；VCM是节点电压；VS是电源电压。

其原理是在电阻R1和R2上拉或下拉电流所产生的压降来抵消漂移电压。 在现有电路的基础上增加了传感器和仪表放大器漂移电压校正电路。其中，传 感器的输出信号就是两个运算放大器的输入信号VINP和VINN；一路运算放 大器OP2向仪表放大器漂移电压校正电路输入电流ICN，仪表放大器漂移电压 校正电路向另一路运算放大器OP1输出电流ICP。

需要说明的是：

由于节点VCM的电压由输入信号VINP和VINN的共模工作点决定，如果 使用电压源直接改变R1A和R1B两端电压，在漂移电压大小不确定的情况下， 很容易使仪表放大器的输出饱和。

产生电流源的方法很多，但是由于仪表放大器要求输出信号有较高的信噪 比，所以此电流源也必须具有低噪声的特性。

本发明的电流源特别针对仪表放大器的漂移电压校正问题而设计，电路本 身的噪声较低，且由于传感器的电源与仪表放大器的电源同为VS，所以此噪声 还与传感器的输入噪声相关，可以抵消部分输入噪声。

输出信号的放大倍数是由电阻R1和R2的比值决定的，要抵消或校正输入 信号或仪表放大器的漂移电压，就是要抵消电阻R1/R2上的电压。

图3所示是本发明所提出的仪表放大器的漂移电压校正电路。其中，OP1 是运放；RK1/RK2/R0是电阻；MN1/MN2/MN3是NMOS管；MP1/MP2/MP3 是PMOS管；VRK0/VRK1是节点电压；ICN/ICP/IP1是支路电流。

该电路的原理是，由电阻RK1/RK2分压节点VRK0作为运放OP1的正端 输入电压，该电压由运放反馈到节点VRK1，所以，支路电流 IP1＝RK2/(RK1+RK2)*VS/R0，与VS成比例。其中，VS电压、运放OP1、电 阻RK1/RK2/R0都会在电流IP1中引入噪声，通过压缩运放OP1的带宽和选择 较小的RK1/RK2/R0阻值可以将他们的噪声影响减小。而VS引入的噪声与输 入噪声相关，在图2所示的电路架构中不会引入额外的噪声分量。

一输入电压，所述输入电压是由传感器产生，特别针对压敏传感器 RK1/RK2分压节点VRK0产生，进一步，所述两个串联于一起的电阻RK1/RK2 一端接VS，一端接地。

一运算放大器OP1，所述输入电压接运算放大器OP1的正端；运算放大器 OP1的输出端接有校正电路；

所述校正电路，由MN1/MN2/MN3三个NMOS管和串接于一起的 MP1/MP2/MP3三个PMOS管构成；所述MP1/MP2/MP3三个PMOS管串接于 MN1后，MN1接在OP1的输出端，且所述MP1/MP2/MP3三个PMOS管分别 接于VS。

进一步，所述MN2/MN3串联在一起，并通过MN2接于MP2上；所述输 出电流ICP通过MP3进行输出，所述输入电路ICN输入到MN3。

假设传感器的漂移电压或仪表放大器的输入漂移电压等于VOS，为了抵消 漂移电压的影响，所需的电流等于ICP＝ICN＝VOS/(R2A+R2B)。

由此，漂移电压校正电路可以校正仪表放大器的漂移电压或传感器信号中 的漂移电压，扩展了仪表放大器的输入范围，可以处理种类更多的传感器信号， 拓展了仪表放大器的输入范围和能处理的传感器种类。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。