CN112649106A - 一种新型的单芯片化铂电阻信号调理电路及调理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型的单芯片化铂电阻信号调理电路及调理方法。本发明包括输入运放Q1、输入运放Q2、输出运放Q3、PMOS管P1、输出驱动管N1、电流源IR1、电流源IR2、电阻R1、电阻R2和电阻R3，输入运放Q1的输出端和负输入端之间接电阻R1，输入运放Q2的负输入端分别接输入运放Q1的负输入端和PMOS管P1的源端，输入运放Q2的输出端接PMOS管P1的栅极，PMOS管P1的漏端接输出运放Q3的正输入端，输出运放Q3的输出端接输出驱动管N1的基极和输出运放Q3的负输入端，驱动管N1的集电极接电流源IR1、电流源IR2、PMOS管P1的源端和输入运放Q2的负输入端，驱动管N1的发射极接输出运放Q3的负输入端，输出运放Q3的正输入端接电阻R2，负输入端接电阻R3。本发明具有校准精度高，且试用温度范围广的优点。

Description

一种新型的单芯片化铂电阻信号调理电路及调理方法
技术领域
本发明涉及于航空、航海和工业控制等信号通信领域，尤其涉及一种新型的单芯片化铂电阻信号调理电路及调理方法。
背景技术
铂电阻为一种应用范围极广的温度传感器，因其阻性传感器信号传输时，输入漂移和非线性对传感器的特性造成很大的影响，需要对其输入信号进行调理，并将其转换为可用的4～20mA进行传输。
现有的传感器信号调理电路多为电压输出，在长线传输中电压的损耗不可避免，信号衰减后信号处理端口采样的信号与传感器源端差异较大，而采用电流输出方式可以避免信号的损耗，在长线传输中可采用电流发送模式，远端的电流与传感器源端的电流一致，没有损耗，且抗干扰能力强。因此现有的铂电阻信号调理电路多采用分立器件和运算放大器搭建的硬件铂电阻补偿的方案，对于系统工程师提出了较高的要求，需要其对系统性能掌握透彻，外接高精度的电阻，电阻的精度决定了最后整个系统的精度，不能进行线性化校准的功能；且硬件系统复杂，占用体积大，与温度传感器要求的小、低、轻的发展趋势不符合。
发明内容
本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，提供了一种单芯片化的电流输出传感器信号调理电路及调理方法，采用单片化集成电路的实现方式，将精密信号放大、电流源和电压基准集成在一个芯片内部，通过闭环的非线性控制电路对铂电阻的非线性进行校准，校准精度高，且试用温度范围广。
本发明的技术解决方案是：本发明为一种智能化的电流输出传感器信号调理电路，其特殊之处在于：所述调理电路包括输入运放Q1、输入运放Q2、输出运放Q3、PMOS管P1、输出驱动管N1、电流源IR1、电流源IR2、电阻R1、电阻R2和电阻R3，输入运放Q1的输出端和负输入端之间接电阻R1，输入运放Q2的负输入端分别接输入运放Q1的负输入端和PMOS管P1的源端，输入运放Q2的输出端接PMOS管P1的栅极，PMOS管P1的漏端接输出运放Q3的正输入端，输出运放Q3的输出端接输出驱动管N1的基极和输出运放Q3的负输入端，驱动管N1的集电极接电流源IR1、电流源IR2、PMOS管P1的源端和输入运放Q2的负输入端，驱动管N1的发射极接输出运放Q3的负输入端，输出运放Q3的正输入端接电阻R2，负输入端接电阻R3。其中电流源IR1和电流源IR2为铂电阻提供高精度的恒流供电。
优选的，调理电路还包括电阻RG,电阻RG接在输入运放Q2的负输入端和输入运放Q1的负输入端之间。
优选的，调理电路还包括电流源I3，驱动管N1的集电极通过电流源I3分别接入PMOS管P1的源端和输入运放Q2的负输入端。
优选的，调理电路还包括电阻R4，电阻R4接在输出运放Q3的输出端和输出驱动管N1的基极之间。
优选的，调理电路还包括电阻R5，电阻R5接在电阻驱动管N1的发射极和基极之间。
优选的，调理电路还包括电阻R6，电阻R6接在输出运放Q3的输出端和负输入端之间。
一种实现上述的新型的单芯片化铂电阻信号调理电路的调理方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：
1)高精度的电流基准为铂电阻进行供电；
2)流过铂电阻的电压进入两个输入运放Q1和Q2；
3)两个输入运放Q1和Q2对其差分信号进行放大，放大后转换为电流信号，并通过输出运放Q3进行，与电流源I3输入的基准电流的采样信号进行叠加，再经过两个严格匹配的精密电阻R2和电阻R3进行放大，放大后输出4～20mA的电流信号。
铂电阻作为一种温度传感器，存在一定的输出误差和非线性，单芯片化的铂电阻温度传感器信号调理输出电路对信号进行放大转换的同时对其非线性进行处理，对铂电阻进行恒流供电，输入端将小信号进行放大，再转换为高精度可控的电流输出，其中增益固定，输出的大小通过非线性闭环电路控制，因此，本发明具有以下优点：本发明采用单片化集成电路的实现方式，将精密信号放大、电流源和电压基准集成在一个芯片内部，通过闭环的非线性控制电路对铂电阻的非线性进行校准，校准精度高，且试用温度范围广。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
参见图1，本发明具体实施例的结构包括输入运放Q1、输入运放Q2、输出运放Q3、PMOS管P1、输出驱动管N1、电流源IR1、电流源IR2、电流源I3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻RG、，输入运放Q1的输出端和负输入端之间接电阻R1，输入运放Q2的负输入端分别接输入运放Q1的负输入端和PMOS管P1的源端，输入运放Q2的输出端接PMOS管P1的栅极，PMOS管P1的漏端接输出运放Q3的正输入端，输出运放Q3的输出端接输出驱动管N1的基极和输出运放Q3的负输入端，驱动管N1的集电极接电流源IR1、电流源IR2、PMOS管P1的源端和输入运放Q2的负输入端，驱动管N1的发射极接输出运放Q3的负输入端，输出运放Q3的正输入端接电阻R2，负输入端接电阻R3，电阻RG接在输入运放Q2的负输入端和输入运放Q1的负输入端之间，电阻R4接在输出运放Q3的输出端和输出驱动管N1的基极之间，电阻R5接在电阻驱动管N1的发射极和基极之间，电阻R6接在输出运放Q3的输出端和负输入端之间，驱动管N1的集电极通过电流源I3分别接入PMOS管P1的源端和输入运放Q2的负输入端。其中电流源IR1和电流源IR2为铂电阻提供高精度的恒流供电。
本发明还提供一种实现上述的新型的单芯片化铂电阻信号调理电路的调理方法，该方法包括以下步骤：
1)高精度的电流基准为铂电阻进行供电；
2)流过铂电阻的电压VIN+和VIN-进入两个输入运放Q1和Q2；
3)两个输入运放Q1和Q2对其差分信号进行放大，放大后转换为电流信号，并通过输出运放Q3进行，与电流源I3输入的基准电流的采样信号进行叠加，再经过两个严格匹配的精密电阻R2和电阻R3进行放大，放大后输出4～20mA的电流信号IO。
铂电阻通过完整的运放放大和电压电流转换后的传输函数为：
I0＝4mmA+VIN·(40/RG)
VIN的值由铂电阻感应温度高低后电阻值的变化引起，其中RG为两个输入运放Q1和Q2端接入的电阻大小来决定,接入的电阻的阻值由铂电阻的特性和工作温度范围来选择。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种新型的单芯片化铂电阻信号调理电路，其特征在于：所述调理电路包括输入运放Q1、输入运放Q2、输出运放Q3、PMOS管P1、输出驱动管N1、电流源IR1、电流源IR2、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述输入运放Q1的输出端和负输入端之间接电阻R1，所述输入运放Q2的负输入端分别接输入运放Q1的负输入端和PMOS管P1的源端，所述输入运放Q2的输出端接PMOS管P1的栅极，所述PMOS管P1的漏端接输出运放Q3的正输入端，所述输出运放Q3的输出端接输出驱动管N1的基极和输出运放Q3的负输入端，所述驱动管N1的集电极接电流源IR1、电流源IR2、PMOS管P1的源端和输入运放Q2的负输入端，所述驱动管N1的发射极接输出运放Q3的负输入端，所述输出运放Q3的正输入端接电阻R2，负输入端接电阻R3。
2.根据权利要求1所述的新型的单芯片化铂电阻信号调理电路，其特征在于：所述调理电路还包括电阻RG,所述电阻RG接在输入运放Q2的负输入端和输入运放Q1的负输入端之间。
3.根据权利要求2所述的新型的单芯片化铂电阻信号调理电路，其特征在于：所述调理电路还包括电流源I3，所述驱动管N1的集电极通过电流源I3分别接入PMOS管P1的源端和输入运放Q2的负输入端。
4.根据权利要求3所述的新型的单芯片化铂电阻信号调理电路，其特征在于：所述调理电路还包括电阻R4，所述电阻R4接在输出运放Q3的输出端和输出驱动管N1的基极之间。
5.根据权利要求4所述的新型的单芯片化铂电阻信号调理电路，其特征在于：所述调理电路还包括电阻R5，所述电阻R5接在电阻驱动管N1的发射极和基极之间。
6.根据权利要求5所述的新型的单芯片化铂电阻信号调理电路，其特征在于：所述调理电路还包括电阻R6，所述电阻R6接在输出运放Q3的输出端和负输入端之间。
7.一种实现权利要求1所述的新型的单芯片化铂电阻信号调理电路的调理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)高精度的电流基准为铂电阻进行供电；
2)流过铂电阻的电压进入两个输入运放Q1和Q2；
3)两个输入运放Q1和Q2对其差分信号进行放大，放大后转换为电流信号，并通过输出运放Q3进行，与电流源I3输入的基准电流的采样信号进行叠加，再经过两个严格匹配的精密电阻R2和电阻R3进行放大，放大后输出4～20mA的电流信号。
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