CN204013419U - 一种实现真零点输出的电桥式传感器的放大电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种实现真零点输出的电桥式传感器的放大电路，包括：智能放大器处理电路(2)、运放处理电路(3)、基准电压产生电路(4)、负电压产生电路(5)、电源电压转换电路(6)；电源电压转换电路(6)分别为基准电压产生电路(4)、负电压产生电路(5)和智能放大器处理电路(2)供电；基准电压产生电路(4)产生的基准电压、负电压产生电路(5)产生的负电压分别送入运放处理电路(3)；智能放大器处理电路(2)对压力传感器的输出信号进行信号处理后，送入运放处理电路(3)进行零点输出调整后输出。本电路由单电源供电，在保证功耗低、小封装尺寸情况下，具有真零点电压输出。

Description

一种实现真零点输出的电桥式传感器的放大电路

技术领域

本发明创造涉及一种能够实现真零点输出的电桥式传感器的放大电路，尤其涉及通过智能放大器将电桥式传感器输出的微小信号转换为标准电压信号，然后处理成可以真零点电压输出的放大电路。

背景技术

目前，单电源供电的电桥式传感器的输出信号通常是经主要由智能放大器组成的放大电路处理成0.5-4.5V范围内的标准电压信号；在极端的情况下，也可以输出0.1-4.9V范围的电压信号。但当需要0-5V输出的标准电压时，现有的放大电路则无能为力，即不能输出真的0V电压，同时也不能输出5V电压。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：

一种实现真零点输出的电桥式传感器放大电路，包括：智能放大器处理电路2、运放处理电路3、基准电压产生电路4、负电压产生电路5、电源电压转换电路6；

所述电源电压转换电路6分别与所述基准电压产生电路4、负电压产生电路5和智能放大器处理电路2电连接并为三者供电；

所述智能放大器处理电路2用于接收压力传感器的输出信号；

所述运放处理电路3分别与所述基准电压产生电路4、负电压产生电路5和智能放大器处理电路2电连接，并且所述运放处理电路3作为整个放大电路的输出端。

进一步，所述基准电压产生电路4产生的基准电压、所述负电压产生电路5产生的负电压分别送入运放处理电路3；智能放大器处理电路2对压力传感器的输出信号进行信号处理后，送入运放处理电路3进行零点输出调整后输出。

进一步，所述电源电压转换电路包括：

型号为TPS7A41的电源转换芯片(IC3)，电源输入端(Vin)与电源转换芯片(IC3)的第5脚和第8脚连接，电源输入端(Vin)与地之间连接第七电源滤波电容(C7)；电源转换芯片(IC3)的第1脚电连接5V电源，第1脚与GND之间还连接第四电源滤波电容(C4)，电源转换芯片(IC3)的第1脚和第2脚之间并联有第五分压电阻(R5)和第六滤波电容(C6)，第2脚和第4脚之间并联有第六分压电阻(R6)，第4脚还同时接地；

电源转换芯片(IC3)的第1脚输出的5V电压分别给基准电压产生电路(4)、负电压产生电路(5)、智能放大器处理电路(2)供电。

进一步，所述电源电压转换电路输出5V电压的关系式为其中V_REF是电源转换芯片(IC3)的第2脚的电压值，且V_REF取1.161≤V_REF≤1.185间固定值。

进一步，所述智能放大器信号处理电路包括：型号为PGA309的智能放大器(IC2)、型号为24L01的存储芯片(IC1)，其中智能放大器(IC2)的第1脚为电桥式传感器供电，电桥式传感器的两个输出端分别经一滤波电阻(R2或R3)与智能放大器(IC2)的第4、第5脚对应连接，智能放大器(IC2)的第4、第5脚还分别经一滤波电容(C1、C2)接地；

智能放大器(IC2)的第3、第10脚均连接电源电压转换电路(4)输出的5V，第12脚则经第四电阻(R4)连接电源电压转换电路(4)输出的5V；智能放大器(IC2)的第2、11、15脚均接地；

智能放大器(IC2)的第13、14脚分别对应连接存储芯片(IC1)的第1、3脚，存储芯片(IC1)的第4脚连接所述电源电压转换电路输出的5V，存储芯片(IC1)的第2脚接地；

智能放大器(IC2)的第6、7脚对接并输出标准电压信号为所述运放处理电路(3)提供输入信号，并且第6、7脚与第8脚之间还连接一第三滤波电容(C3)。

进一步，所述基准电压产生电路(4)包括型号为MCP1525的基准电压芯片(IC4),所述电源电压转换电路(6)输出的5V与基准电压芯片(IC4)的第1脚连接，基准电压芯片(IC4)的第3脚接地并且与第2脚之间连接有第九电容(C9)，基准电压芯片(IC4)的的第2脚输出2.5V的基准电压提供运放处理电路(3)作为基准电压输入。

进一步，所述负电压产生电路(5)包括型号为LM7705的负电压产生芯片(IC6)，其第4脚与电源电压转换电路(6)输出的5V连接,第2、3、5脚均接地；第1、8脚之间并联有第五滤波电容(C5)，第5、7脚之间并联有第十一滤波电容(C11)，第6脚输出电压提供运放处理电路(3)作为负电源供电。

进一步，所述运放处理电路(3)包括：型号为OPA2188的运算放大器(IC5A)，其第8脚连接传感器供电电源(Vin),第4脚连接负电压产生电路(5)的输出电压(V-),第6脚与第7脚之间并联有第十二分压限流电阻(R12)，第6脚经第十分压限流电阻(R10)与基准电压产生电路4输出的2.5V连接，第6脚还经第十一分压限流电阻(R10)接地；第5脚经第七限流电阻(R7)与智能放大器处理电路(2)输出的信号(Vout1)连接；第7脚输出0-5V电压信号。

进一步，所述电桥式传感器为电桥式压力传感器。

本发明创造具有的优点和积极效果是：电桥式传感器经过此放大电路后，当输入的测量值为零时，放大电路的输出电压信号可为真零点电压；且本电路由单电源供电，在保证功耗低、小封装尺寸情况下，具有真零点电压输出。

附图说明

图1本发明电路的系统框图；

图2电源电压转换电路一种实施例的原理图；

图3智能放大器处理电路一种实施例的原理图；

图4基准电压产生电路一种实施例的原理图；

图5负电压产生电路一种实施例的原理图；

图6运放处理电路一种实施例的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造的具体实施例做详细说明。以下实施例是以电桥式压力传感器为例，即以测压力的电桥式传感器为例，测量其他参数的电桥式传感器也适用于本发明的放大电路。

本发明电路的系统框图如图1所示，1为电桥式压力传感器，对其输出信号进行放大的放大电路包括：智能放大器(PGA309)处理电路2、运放处理电路3、基准电压产生电路4、负电压产生电路5、电源电压转换电路6。

该放大电路的工作情况为，电源电压转换电路6输出电压一路送入基准电压产生电路4，另一路送入负电压产生电路5，第三路送入智能放大器(PGA309)处理电路2；基准电压产生电路4产生的基准电压、负电压产生电路5产生的负电压分别送入运放处理电路3；电桥式压力传感器1输出信号送入智能放大器(PGA309)处理电路2进行信号处理后，再送入运放处理电路3进行零点输出调整后输出。

下面结合图2至图6分别对各部分电路实现功能进行说明：

图2展现了电源电压转换电路的一种具体结构，该电路采用电源转换芯片(TPS7A41)，实现将传感器供电电源电压(一般为9-36V)转换成5V固定电压，提供智能放大器(PGA309)处理电路3、基准电压产生电路4、负电压产生电路5供电。该电路的具体结构如图2所示，包括：电源转换芯片IC3(型号为TPS7A41)，电源输入端Vin与IC3的5脚和8脚连接，电源输入端Vin与GND之间连接第七电源滤波电容C7；IC3的1脚电连接5V电源，1脚与GND之间还连接第四电源滤波电容C4，IC3的1脚和2脚之间并联有第五分压电阻R5和第六滤波电容C6，2脚和4脚之间并联有分压电阻R6，4脚还同时连接GND。此电路输出5V电压的关系式为其中V_REF是电源转换芯片(IC3)的第2脚的电压值，且V_REF取1.161≤V_REF≤1.185间固定值。电源转换芯片IC3的1脚输出的5V电压给基准电压产生电路4、负电压产生电路5、智能放大器(PGA309)处理电路2三个电路供电。

图3展现了智能放大器信号处理电路的一种具体结构,该电路采用智能放大器芯片(PGA309)实现将电桥式传感器输出微小电压信号整定成0.5-4.5V的标准电压信号。该电路的具体结构如图3所示，包括：智能放大器IC2(型号为PGA309)、存储芯片IC1(型号为24L01)，电阻R2、电容C1,电阻R1、电容C2组成阻容滤波电路。电桥式压力传感器Sensor1的1脚与IC2的1脚连接，Sensor1的4脚与GND连接，Sensor1的2、3脚即两个输出端分别对应与电阻R2、R3的一端连接，电阻R2、R3的另一端与IC2的4、5脚，电容C1、C2一端也与IC4的4、5脚连接，C1、C2的另一端连接GND。滤波电容C3一端与IC2的8脚连接，另一端与6、7脚连接，IC2的3、10脚均连接电源电压转换电路4输出的5V，第12脚则经第四电阻(R4)连接电源电压转换电路4输出的5V；IC2的2、11、15脚均连接GND，IC2的13、14脚分别与IC1的1、3脚连接，IC1的4脚连接电源电压转换电路4输出的5V，IC1的2脚连接GND。此电路部分通过IC2的6、7脚输出标准电压信号Vout1为运放处理电路3提供输入信号。

图4展现了基准电压产生电路一种具体结构,该电路采用微小封装、高精度基准电压芯片(MCP1525)实现2.5V基准电压产生。该电路的具体结构如图4所示，包括：基准电压芯片IC4(型号为MCP1525),电源电压转换电路6输出的5V与IC4的1脚连接，IC4的3脚连接GND。第九电容C9并联在IC4的2脚与GND之间。此电路通过IC4的2脚输出2.5V的基准电压提供运放处理电路3作为基准电压输入。

图5展现了负电压产生电路一种具体结构,该电路采用小封装、负电压产生芯片(LM7705)实现-0.23V电压输出。该电路的具体结构如图5所示，包括：负电压产生芯片IC6(型号为LM7705)，电源电压转换电路6输出的5V与IC6的4脚连接,IC6的2、3、5脚均连接GND。滤波电容C5并联在IC6的1、8脚之间，滤波电容C11并联在IC6的5、7脚之间，IC6的6脚接输出电压V-(-0.23V),此输出电压提供运放处理电路3作为负电源供电。

图6展现了运放处理电路一种具体结构,该电路采用轨对轨运算放大器(OPA2188)，实现将智能放大器(PGA309)处理电路3输出的Vout1电压信号转换成0-5V的电压信号。该电路的具体结构如图6所示，包括：运算放大器IC5A(型号为OPA2188)，IC5A的8脚连接传感器供电电源Vin,IC5A的4脚连接负电压产生电路5的输出电压V-,IC5A 6脚分别与分压限流电阻R10、R11、R12的一端连接，其中电阻R10的另一端与基准电压产生电路4输出的2.5V连接、电阻R11的另一端与GND连接，电阻R12的另一端与IC5A的7脚连接，限流电阻R7的一端与智能放大器(PGA309)处理电路2输出的信号Vout1连接，另一端与IC5A的4脚连接，此电路通过IC5A的7脚输出0-5V电压信号。

其输出电压为: $V_{\mathrm{OUT}}=(\frac{R_{12}}{R_{10}}+\frac{R_{12}}{R_{11}}+1)\·V_{\mathrm{out}1}-\left(\frac{R_{12}}{R_{10}}\right)\·2.5V$

以上实施例仅用于说明而并非限制本发明创造所描述的技术方案，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种实现真零点输出的电桥式传感器的放大电路，包括：智能放大器处理电路(2)、运放处理电路(3)、基准电压产生电路(4)、负电压产生电路(5)、电源电压转换电路(6)；

所述电源电压转换电路(6)分别与所述基准电压产生电路(4)、负电压产生电路(5)和智能放大器处理电路(2)电连接；

所述智能放大器处理电路(2)用于接收电桥式传感器的输出信号；

所述运放处理电路(3)分别与所述基准电压产生电路(4)、负电压产生电路(5)和智能放大器处理电路(2)电连接。

2.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于：

所述电源电压转换电路(6)分别为所述基准电压产生电路(4)、负电压产生电路(5)和智能放大器处理电路(2)供电；

所述基准电压产生电路(4)产生的基准电压、所述负电压产生电路(5)产生的负电压分别送入运放处理电路(3)；智能放大器处理电路(2)对压力传感器的输出信号进行信号处理后，送入运放处理电路(3)进行零点输出调整后输出。

3.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于：所述电源电压转换电路包括：

型号为TPS7A41的电源转换芯片(IC3)，电源输入端(Vin)与电源转换芯片(IC3)的第5脚和第8脚连接，电源输入端(Vin)与地之间连接第七电源滤波电容(C7)；电源转换芯片(IC3)的第1脚电连接5V电源，第1脚与GND之间还连接第四电源滤波电容(C4)，电源转换芯片(IC3)的第1脚和第2脚之间并联有第五分压电阻(R5)和第六滤波电容(C6)，第2脚和第4脚之间并联有第六分压电阻(R6)，第4脚还同时接地；

电源转换芯片(IC3)的第1脚输出的5V电压分别给基准电压产生电路(4)、负电压产生电路(5)、智能放大器处理电路(2)供电。

4.根据权利要求3所述的放大电路，其特征在于：所述电源电压转换电路输出5V电压的关系式为其中V_REF是电源转换芯片(IC3)的第2脚的电压值，且V_REF取1.161≤V_REF≤1.185间固定值。

5.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于：所述智能放大器信号处理电路包括：型号为PGA309的智能放大器(IC2)、型号为24L01的存储芯片(IC1)，其中智能放大器(IC2)的第1脚为电桥式传感器供电，电桥式传感器的两个输出端分别经一滤波电阻(R2或R3)与智能放大器(IC2)的第4、第5脚对应连接，智能放大器(IC2)的第4、第5脚还分别经一滤波电容(C1、C2)接地；

智能放大器(IC2)的第3、第10脚均连接电源电压转换电路(4)输出的5V，第12脚则经第四电阻(R4)连接电源电压转换电路(4)输出的5V；智能放大器(IC2)的第2、11、15脚均接地；

智能放大器(IC2)的第13、14脚分别对应连接存储芯片(IC1)的第1、3脚，存储芯片(IC1)的第4脚连接所述电源电压转换电路输出的5V，存储芯片(IC1)的第2脚接地；

智能放大器(IC2)的第6、7脚对接并输出标准电压信号为所述运放处理电路(3)提供输入信号，并且第6、7脚与第8脚之间还连接一第三滤波电容(C3)。

6.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于：所述基准电压产生电路(4)包括型号为MCP1525的基准电压芯片(IC4),所述电源电压转换电路(6)输出的5V与基准电压芯片(IC4)的第1脚连接，基准电压芯片(IC4)的第3脚接地并且与第2脚之间连接有第九电容(C9)，基准电压芯片(IC4)的的第2脚输出2.5V的基准电压提供运放处理电路(3)作为基准电压输入。

7.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于：所述负电压产生电路(5)包括型号为LM7705的负电压产生芯片(IC6)，其第4脚与电源电压转换电路(6)输出的5V连接,第2、3、5脚均接地；第1、8脚之间并联有第五滤波电容(C5)，第5、7脚之间并联有第十一滤波电容(C11)，第6脚输出电压提供运放处理电路(3)作为负电源供电。

8.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于：所述运放处理电路(3)包括：型号为OPA2188的运算放大器(IC5A)，其第8脚连接传感器供电电源(Vin),第4脚连接负电压产生电路(5)的输出电压(V-),第6脚与第7脚之间并联有第十二分压限流电阻(R12)，第6脚经第十分压限流电阻(R10)与基准电压产生电路4输出的2.5V连接，第6脚还经第十一分压限流电阻(R10)接地；第5脚经第七限流电阻(R7)与智能放大器处理电路(2)输出的信号(Vout1)连接；第7脚输出0-5V电压信号。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的放大电路，其特征在于：所述电桥式传感器为电桥式压力传感器。