低功耗電池供電電磁流量計研究與設計 二十八

4.3 電磁流量計信號調理電路

4.3.1 儀用放大電路

在第三章勵磁技術的設計中，三值低頻矩形波勵磁信號的頻率為6.25Hz，則感應電動勢也為同頻率的交變電壓信號，即被測信號。傳感器和被測流體的阻抗，統稱為信號內阻，而且阻值很大（與流體的電導率直接相關），一般為幾兆歐姆。為了減小信號電壓的損失，使采集的電壓信號盡可能多的進入后端測量電路，要求放大器的輸入電阻要遠遠大于信號內阻。由于被測信號屬于低頻信號，放大電路不能使用阻容藕合放大器進行信號放大，需要頻帶從零開始的低頻直流放大器。那么在選擇直流放大器要考慮兩個問題：一是前級和后級的靜態工作點互相影響，二是零點漂移問題。前級引起的零點漂移電壓，再被后級放大，最終將掩蓋掉采集到的電壓信號做為輸出。因此信號調理電路的第一級采用儀用放大器。它由三個集成運算放大器組成，其中兩個性能一樣的運算放大器構成差動結構。這種結構能夠有效抑制零點漂移。儀表放大器是一種高增益、直流耦合放大器，它的特點有差分輸入、單端輸出、高輸入阻抗和高共模抑制比等。儀表放大器所采用的基礎部件（運算放大器），它們在性能上與標準運算放大器有很大的不同。標準運算放大器是單端器件，其傳輸函數主要由反饋網絡決定；而儀表放大器在有共模信號條件下能夠放大很微弱的差分信號，因而具有很高的共模抑制比（CMR）。 同時由于MSP430單片機是單極性供電，因此片內A/D電壓輸入也為單極性輸入，即0～3.3V，而經過信號處理電路的流量信號為雙極性信號，因此必須將信號轉換為單極性信號。根據設計要求和電路特點，選用美國MAXIM公司的精度高功耗低，并且增益可調的儀用放大器MAX4194。相比其它放大器，MAX4194的突出特點是供電電壓低，非常適用于功耗要求很低或者低電壓電源供電的場合。MAX4194低功耗儀表放大器屬于三運放拓撲結構。三運放拓撲的真正優勢是具有很高的共模抑制比，能夠進行真正的差分測量，同時又有非常高的輸入阻抗，這些特點使其在許多領域得到了廣泛應用，特別是在信號內阻非常高的場合。

由于特性優良，加之體積小，并可通過一個外置電阻方便地設定增益，使其能夠廣泛應用于信號采集放大、醫用儀器及多通道系統等很多領域，可以在低至±1.35V 的電源電壓下工作并且靜態工作電流很小，是便攜式和其它用電池供電系統的理想器件。

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