AD855x系列在微弱信號檢測中的應(yīng)用-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯AD855x系列在微弱信號檢測中的應(yīng)用-設(shè)計應(yīng)用

AD855x系列在微弱信號檢測中的應(yīng)用范磊，謝元平

(國防科技大學(xué)理學(xué)院光電工程系湖南長沙410073)對于眾多需要檢測的微弱量，如弱光、弱磁、微溫度微電流、微振動、小位移等，通常都是通過各種傳感器做非電量的轉(zhuǎn)換，使檢測對象轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?電流或電壓)。由于所測對象本身為微弱量，受各種不同傳感器靈敏度的限制。所得到的電量還是小信號，一般不能直接用于采樣處理。在信號檢測的電路設(shè)計中，一般信號都需要經(jīng)過或多級的前置放大。此時的信號中所包含的噪聲包括2個方面：一是來自電路檢測系統(tǒng)的外部，例如市電干擾、溫度漲落、以及宇宙射線等，克服這類噪聲的辦法是采用嚴(yán)密的電磁屏蔽；二是由于前置放大所帶來的噪聲，這類噪聲不能通過屏蔽的辦法克服，只能通過選用性能優(yōu)越的前置放大器以及低噪聲設(shè)計電路來使噪聲影響，其中性能優(yōu)越的放大器是其中的關(guān)鍵。ADS55x系列是由AD公司生產(chǎn)的低噪聲、零漂移、單電源的放大器。其優(yōu)越的性能使其成為很多信號檢測電路中前放的。

1一般放大器存在的問題

由式(1)可見，在放大信號的同時，放大器的低頻率噪聲和固有偏置也同時得到放大，這就大大減小了信噪比，特別在所要檢測信號為極小的微弱信號時，經(jīng)前置放大后的信號根本無法使用。

傳統(tǒng)的解決辦法如圖2所示，在電路中加入開關(guān)A，B。

式中，了為開關(guān)轉(zhuǎn)換的周期。這種辦法可以很有效地抑制低頻及偏置噪聲，但是由于需要外部的邏輯控制電路，這就增加了電路中的元器件以及在控制上的困難，而且要得到很好的抑制就需要很高的控制頻率，這都使得這種方法在很多時候并不可行。AD855x系列放大器解決了這些問題，使其成為低頻微弱信號檢測前置放大器的。

2AD855x系列的性能特點(diǎn)

AD855x系列包括的AD8551，AD8552，AD8554分別為1，2，4通道的放大器。AD855x系列是CMOS結(jié)構(gòu)的高精密度rail-to-rail放大器。只需5V或2．7V單電源供電。小于1uV的電壓偏置使其可以設(shè)定為很大的增益而

不會帶來大的輸出電壓誤差。極小的電壓—溫度偏移(5nV／℃)使其工作在一40～+125，C只會有一個很小的電壓偏置。

(2)AD855x系列的放大原理

在圖3中，ViN+，VIN—為差分輸入信號，VoA,，VosB分別為A，B放大器的固有偏置，AA,AB分別為A，B放大器的增益系數(shù)，月。，刀B分別為A，B放大器的偏置增益系數(shù)，M，N開關(guān)的狀態(tài)決定放大器2個工作階段：偏置調(diào)整階段和放階段。

低頻噪聲由于其功率譜密度遵從I／f變化，所以又稱I／f噪聲。這種噪聲十分普遍，不僅存在于電子管，半導(dǎo)體管，二極管和電阻中，也存在于熱敏電阻，碳拾音器和光源中。在半導(dǎo)體器件中，I／f噪聲主要是由半導(dǎo)體材料表面性質(zhì)所引起的。表面能態(tài)中載流子的激勵和復(fù)合，以及表面狀態(tài)密度等是影響I／f／噪聲的主要因素。一般的放大器在低頻工作時會帶來很大的低頻噪聲影響，AD855x系列放大器的另一大優(yōu)點(diǎn)就是對低頻噪聲的抑制。由于AD855x系列放大器有自動偏置調(diào)整的功能，半導(dǎo)體管帶來的低頻噪聲會像對待固有偏置一樣加以抑制。這使得AD855x系列放大器可以用于低頻甚至直流信號而不全帶來大的低頻噪聲。

3AD8554使用

加速度計、壓力傳感器是經(jīng)常用到的傳感系統(tǒng)，大部分的應(yīng)力傳感系統(tǒng)的信號為低頻、微弱小信號，但是幾乎都對標(biāo)度的線形度要求很高。這就使得前置放大器的偏置和漂移帶來的影響顯得極為重要。

圖4為一橋式應(yīng)力傳感系統(tǒng)的前放電路，多數(shù)情況下電橋輸出為幾十毫伏的信號，因此放大器小的固有偏置都會給信號檢測帶來很大的影響，AD8554的自動偏置凋零的特點(diǎn)正好滿足了這一要求。另外，AD8554為4通道放大器使得整個前放系統(tǒng)器件少，電路簡單。

橋式應(yīng)力傳感系統(tǒng)使用AD8554的另一優(yōu)點(diǎn)即小的輸入電流允許在設(shè)計過程中使用電阻大的電橋以提高檢測的精度，小的輸人電流使電橋不會因?yàn)榘l(fā)熱帶來固溫度變化造成的測量誤差。而且消耗功率小?很適合應(yīng)用于低功耗，便攜系統(tǒng)中。

4結(jié)語

在微弱信號檢測中模擬前放的好壞是整個檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵，AD公司生產(chǎn)