单片运放的制造工艺趋于使电压反馈运放的两个
偏置电流相等,但不能保证两个偏置电流相等。在电流反馈运放中,输入端的不对称特性意味着两个偏置电流几乎总是不相等的。这两个
偏置电流之差为输入失调电流IOS,通常情况下IOS很小。
温度的高精度测量一直是自动
气象站采集器的关键技术。
多路选择器CD4052在采集器温度测量电路设计中广泛使用,但其失调电流及其温度特性对采集器温度测量的影响一直缺乏研究。针对多路选择器CD4052存在较大失调
电流问题,研究了采集器在实现对温度传感器PT100温度采集时的误差。结果表明:CD4052失调电流对采集器的温度测量误差影响较大,且误差大小与环境温度有很大关系。结果对
数据采集器的研制及补偿提供了理论依据和工程应用价值。
自动气象站数据采集器温度通道通常须同时采集
气温、草面 /雪面温、地表温、浅层地温和深层地温,通常需要采用多个类型相同的温度
传感器采集不同对象的温度。自动气象站采用HMP45D
温湿度传感器,采用HMP45D中的PT100
铂电阻温度传感器测量不同对象
温度,温度测量范围是-50~50℃ 。而采集器内部不可能针对每一路传感器均采用独立的温度测量
电路。大多数采集器采用的设计方案是多路
温度传感器共用信号放大电路和
A/D转换电路,通过前端加入模拟开关( 双四选一模拟开关CD4052) 来达到
测量不同传感器的目的。
自动气象站采集器温度测量通道的
原理。系统由恒流源、CD4052多路选择器、仪表放大器( OPA) 、高精度 A/D变换器、温度传感器组和控制器等组成。恒流源输出电流过大时PT100会有
自热效应,电流过小则测量误差较大,因此恒流源值通常选择在125μA~1mA之间。
恒流源输出由控制器控制模拟开关CD4052选择某一通道铂电阻进行温度测量。当某一通道被选择后,该通道的模拟开关闭合,恒流源电流流过该通道的
铂电阻,铂电阻两端产生电压。
仪表放大器将通过电子开关CD4052的
铂电阻电压信号放大,送至高精度的
A/D转换器进行模数转换,控制器读取A/D转换值,计算得到电阻值和对应温度。被测温度变化时,铂电阻的
阻值也发生变化,从而导致电压变化。该温度测量方法的校准方法是利用两组标准
电阻 ( 通常选择80.31和119.34Ω) 通过电子开关 CD4052切换到
测量电路,得到测量电路的线性变换方程。该方法的优点是利用标准电阻校准了测量通道
误差,包括CD4052的失调电流误差,但其并不能解决在环境
温度变化时,CD4052的失调电流变化带来的影响。大量试验结果表明,环境温度变化对温度测量影响是非常大的,有些厂家的采集器甚至在环境温度为50℃时温度测量误差达到0.8℃ ,远远超出了允许范围。因此,分析CD4052的
漏电流和温度特性是非常有必要的。
随着CMOS器件尺寸的减小,MOSFET按等比例缩小原则使得
电路电源工作电压越来越低,运放能够处理的最大信号幅度越来越小,信噪比降低。
而且特殊的应用场合如作为输入电压大范围变化的的
跟随器时,运放都需要具有轨到轨输入输出的特性。但是传统的运放一般不同时支持轨到轨输入输出和高精度的特性,因此研究一种高精度轨到轨输入输出运算放大器是具有重要意义的。对比分析 CMOS和BJT器件的噪声与失配特性,指出了 BJT
晶体管在低噪和低失配。
结合运放大信号参数、小信号参数、精度分析和PVT(Process Verification Test)稳定性分析指出运放一般架构、设计流程与各参数之间的联系。轨到轨
输入输出级的实现进行阐述,分析交叉导通法、1倍电流镜法和溢出电流恒定跨导法的轨到轨输入级,介绍了常见AB类输出级的实现方式。
测试大输入范围的ADC电路,综合考虑测试机的输出信号能力以及ADC输入范围要求,设计出合适的放大电路来扩展ATE输出信号范围,并且根据
噪声分析理论以及ADC电路参数测试对运放性能的要求选择前端驱动放大器。