CN111697930A - 一种运放失调补偿的修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对运放失调补偿技术的改进，具体为一种运放失调补偿的修正方法，该方法通过对集成有至少三路运放的电路作为基础，进行运放补偿，替换原先的机械开关和低失调、低温漂的运放，可操作性强，提高补偿的稳定性和可靠性，降低成本，提高生产效率，包括如下步骤：步骤一：在至少含三运放的电路中分别采集：两级放大的输出电压Vout1；一级放大的输出电压Vout2；运算放大器需要放大的电压倍数N；输入电压Vi；步骤二：由运算放大电路的原理可得到(1) (2)：

Vout2＝NΔ+NV (2) Vout＝Vout2‑NΔ (3)其中Vout为电路实际输出的有效电压；引入的失调电压Δ。

Description

一种运放失调补偿的修正方法

技术领域

本发明涉及一种对运放失调补偿技术的改进，具体为一种运放失调补偿的修正方法。

背景技术

使用普通的运算放大器来设计电路时，由于运算放大器本身固有失调、温漂的特点，很难做到在不同的环境温度和不同的电路板上工作的一致性，严重影响生产的进行。而常见的低失调、低温漂的仪用运算放大器则电路设计复杂、运放价格昂贵，成本高，不利于产品的生产。

现有的技术在解决上述的问题上采用的方案如图1所示，其在运放的输入端接入一个机械开关，当开关闭合时测量出运放的失调电压，然后断开开关测量实际的电压，最后用实际电压加减失调电压便得出实际中的电压。

发明内容

本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供一种运放失调补偿的修正方法，该方法通过对集成有至少三路运放的电路作为基础，进行运放补偿，替换原先的机械开关和低失调、低温漂的运放，可操作性强，提高补偿的稳定性和可靠性，降低成本，提高生产效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种运放失调补偿的修正方法，包括如下步骤：

步骤一：在至少含三运放的电路中分别采集：两级放大的输出电压Vout1；一级放大的输出电压Vout2；运算放大器需要放大的电压倍数N；输入电压Vi；

步骤二：由运算放大电路的原理可得到(1)(2)：

Vout2＝NΔ+NV (2)

Vout＝Vout2-NΔ (3)

其中Vout为电路实际输出的有效电压；引入的失调电压Δ；

步骤三：由式(1)(2)可以计算两路输出之间的差值：

步骤四：根据计算得出的Δ值，带入公式(3)便可计算出实际的有效输出电压Vout。

作为优选，所述两级放大的输出电压Vout1和一级放大的输出电压Vout2可由MCU的两路ADC来采集。

作为优选，可通过MCU采集两路运放电路的直接输出电压，计算电压差，得到瞬时电压差V_Δi。

作为改进，在时域空间内使用滑动窗口L，该窗口中的所有瞬时电压差V_Δi进行特征提取，所述特征提取至少包含滑动滤波、极大值和平均值，最终将该特征值作为该时刻两路运放电路电压差V_Δ，即：

VΔ＝f_L(V_Δi) (5)

式(5)中，f_L表示特征提取函数；

通过计算得到两路运放电路电压差V_Δ后，通过式(3)计算有效输出电压，即为校正后的有效值。

本发明有益效果：由于每颗芯片之间的失调电压都是不同的，并且环境的影响也会引起失调电压的差异性；使用本发明的运放失调补偿的修正方法进行失调电压补偿，是利用运放自身来对自身的失调电压进行补偿，不受环境以及芯片个体差异的影响，稳定性高，可在生产过程中可以提高生产效率，保证产品的一致性。

附图说明

图1为现有技术的运放的失调电压的的修正电路结构；

图2为本发明的实施例的修正电路结构；

图3为本发明的实施例的控制步骤示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，其中两级放大和一级放大的放大倍数需相同，阻值可根据需要进行调整，OUT1输出电压Vout1，OUT2输出电压Vout2。

由运算放大电路的原理可得到(1)(2)：

Vout2＝NΔ+NV (2)

Vout＝Vout2-NΔ (3)

其中：

Vout1：两级放大的输出电压；

Vout2：一级放大的输出电压；

N：运算放大器需要放大的电压倍数；

Vi：输入电压；

Δ：引入的失调电压；

Vout:电路实际输出的有效电压。

由式(1)(2)可以计算两路输出之间的差值：

此时便可以计算出运放失调电压Δ。

其中Vout1和Vout2是由MCU的ADC来采集，MCU包括但不限于目前常见的等。

(1)软件设计方法

为了更准确地测量两路运算放大电路在相同时刻、相同环境下的输出电压，本发明可根据原理设计一套软件测量方法。

该测试软件运行于MCU平台，要求至少允许同时接入两路ADC进行电压采集。通过MCU采集两路运放电路的直接输出电压，计算电压差，得到瞬时电压差V_Δi。在时域空间内使用滑动窗口L该窗口中的所有瞬时电压差V_Δi进行特征提取。所述特征提取包含但不限于滑动滤波、极大值、平均值等，最终将该特征值作为该时刻两路运放电路电压差V_Δ，即：

VΔ＝f_L(V_Δi) (5)

式(5)中，f_L表示特征提取函数。

通过计算得到两路运放电路电压差V_Δ后，通过式(3)计算有效输出电压，即为校正后的有效值。软件流程如下图3所示，在对系统进行初始化后，采集两路电压，并计算瞬时电压差，计算顺势电压差在滑动窗口上的特征值后，计算失调电压，通过计算矫正后的有效输出电压再通过式(3)计算有效输出电压，即为校正后的有效值。

本发明利用运放自身对自身的失调电压进行计算和补偿的电路设计方法，选用含有多路(不少于三路)运放的一片IC来设计电路，并使用其中的三路；其中一路运放作为正常采样使用，做一级放大N倍，另外两路运放做两级放大N倍；使用MCU的ADC模块作为电压采集模块。

电压软件采集、计算方法可基于MCU平台的两路电压同时采集并计算电压差；通过计算瞬时电压差在时域空间滑动窗口上的特征来计算失调电压，进而计算有效输出电压。

以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种运放失调补偿的修正方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：在至少含三运放的电路中分别采集：两级放大的输出电压Vout1；一级放大的输出电压Vout2；运算放大器需要放大的电压倍数N；输入电压Vi；

步骤二：由运算放大电路的原理可得到(1)(2)：

Vout2＝NΔ+NV (2)

Vout＝Vout2-NΔ (3)

其中Vout为电路实际输出的有效电压；引入的失调电压Δ；

步骤三：由式(1)(2)可以计算两路输出之间的差值：

步骤四：根据计算得出的Δ值，带入公式(3)便可计算出实际的有效输出电压Vout。

2.根据权利要求1所述的运放失调补偿的修正方法，其特征在于：所述两级放大的输出电压Vout1和一级放大的输出电压Vout2可由MCU的两路ADC来采集。

3.根据权利要求2所述的运放失调补偿的修正方法，其特征在于：可通过MCU采集两路运放电路的直接输出电压，计算电压差，得到瞬时电压差V_Δi。

4.根据权利要求3所述的运放失调补偿的修正方法，其特征在于：在时域空间内使用滑动窗口L，该窗口中的所有瞬时电压差V_Δi进行特征提取，所述特征提取至少包含滑动滤波、极大值和平均值，最终将该特征值作为该时刻两路运放电路电压差V_Δ，即：

VΔ＝f_L(V_Δi) (5)

式(5)中，f_L表示特征提取函数；

通过计算得到两路运放电路电压差V_Δ后，通过式(3)计算有效输出电压，即为校正后的有效值。

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