CN208874546U - 基于电流注入的电桥电路零位偏置在线校正电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于电流注入的电桥电路零位偏置在线校正电路，电桥输出端分别接接电流反馈型仪表放大器A1的差分信号输入端，参考电压设定电阻和跟随器A2给仪表放大器A1提供参考基准电压；仪表放大器A1输出端接模数转换器，模数转换器ADC采集当前电桥输出的零位偏置值经过模数转换后送入微处理器，微处理器输出信号经过数模转换器处理后，通过反馈电流注入电阻RA反馈回仪表放大器A1的间接电流反馈端FB，实现电桥输出信号在放大之前移除零位失调，从而提高实际有效信号的输出摆幅，有利于提高测量分辨率和精度。在电路使用过程中，内外环境使原零位偏置发生变化，利用该电路可以在线自动进行重新调整。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测量技术，特别涉及一种基于电流注入的电桥电路零位偏置在线校正电路。
背景技术
应变等信号检测中通常采用电桥测量电路，电桥输出信号为差分信号，典型处理方法是后接三运放仪表放大器进行差分放大和共模移除。理想情况下，无负载时电桥输出应为零，但这只有在桥臂的四个电阻或应变片阻值完全相同时才能实现。实际中由于存在不可避免的元器件制造误差或者应变片粘贴工艺误差，导致无负载时电桥存在差分失调电压，失调电压和被测信号电压以同样的倍数被放大至输出端，导致存在不可忽视的零位偏置，在低功耗系统中电源电压越来越低的趋势下，电桥失调可能会占用了很大比例的输出摆幅，从而影响系统的测量范围和测量精度，因此电桥检测应用中，必须设法进行零位偏置校正以消除电桥失调电压的影响。
目前常用的消除零位偏置的方式有以下几种：(1)在仪表放大器参考端施加反电压，这种方法的主要不足在于如果放大器的前级已经饱和，则调节参考端上的电压并不能达到消除零位偏置的目的；(2)采用适当的外部电阻对电桥分流，存在通用性差，调整困难的局限性；(3)通过多极放大，减小每一级的增益系数，逐级移除零位偏置，这需要增加额外的器件，导致电路结构复杂以及额外空间或成本开销；(4)降低电路增益，以高分辨率ADC完成数字化输出，在软件中移除偏置，这存在实际效果有限、高分辨率ADC成本较高的不利。
发明内容
本实用新型是针对电桥检测中消除零位偏置方法存在的问题，提出了一种基于电流注入的电桥电路零位偏置在线校正电路，可以实现电桥输出信号在放大之前移除零位失调，从而提高实际有效信号的输出摆幅，有利于提高测量分辨率和精度。同时可以在线随时自动进行调整。
本实用新型的技术方案为：一种基于电流注入的电桥电路零位偏置在线校正电路，包括仪表放大器A1、跟随器A2、两个增益配置电阻R1和R2、两个参考电压设定电阻R3和R4、反馈电流注入电阻RA、模数转换器、数模转换器和微处理器；电桥输出端分别接电流反馈型仪表放大器A1的差分信号输入端，其中增益配置电阻R2跨接于仪表放大器A1输出端和间接电流反馈端FB之间，增益配置电阻R1跨接于仪表放大器A1输出参考端REF和间接电流反馈端FB之间；仪表放大器A1输出端接模数转换器，模数转换器采集当前电桥输出的零位偏置值送微处理器，微处理器输出接数模转换器，数模转换器输出通过反馈电流注入电阻RA接仪表放大器A1的间接电流反馈端FB；两个参考电压设定电阻电阻R3和R4串联连接点接跟随器A2同相输入端，跟随器A2反相输入端和输出端共同接仪表放大器A1输出参考端REF。
所述两个增益配置电阻R1和R2的并联阻值不超过30KΩ。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型基于电流注入的电桥电路零位偏置在线校正电路，可以实现电桥输出信号在放大之前移除零位失调，从而提高实际有效信号的输出摆幅，有利于提高测量分辨率和精度。同时，具有电路结构简单，调校方便优势。在电路使用过程中，如果环境条件、传感器迟滞或长期漂移等使原零位偏置发生变化，利用该方法可以在线随时自动进行重新调整。
附图说明
图1为本实用新型基于电流注入的电桥电路零位偏置在线校正电路基本组成和工作原理图；
图2为本实用新型实施例电路图。
具体实施方式
如图1所示基于电流注入的电桥电路零位偏置在线校正电路基本组成和工作原理图，包括仪表放大器A1、跟随器A2、增益配置电阻R1和R2、参考电压设定电阻R3和R4、反馈电流注入电阻RA、模数转换器ADC、数模转换器DAC。
所述的仪表放大器A1，为间接电流反馈(ICF)型仪表放大器，除了具备常规仪表放大器的差分信号输入端、参考电压端和输出端之外，还有间接电流反馈端FB，可以实现电流注入。
电桥输出端分别接仪表放大器A1的差分信号输入端，增益配置电阻包括R2和R1两个电阻，R2跨接于仪表放大器A1输出端和间接电流反馈端FB之间，R1跨接于仪表放大器A1输出参考端REF和间接电流反馈端FB之间。为了降低电路噪声，R1和R2的并联阻值应不超过30KΩ。
所述的跟随器A2为高输入阻抗运算放大器，与电阻R3和R4一起为仪表放大器A1输出参考端REF提供参考基准电压。参考电压值按公式设定，其中Vc为电路工作电压。
所述的模数转换器ADC连接于仪表放大器A1的输出端，用来采集当前电桥输出的零位偏置值，并以此来控制数模转换器DAC的输出，实现在线零位偏置的检测与反馈校正。
所述的反馈电流注入电阻RA接数模转换器DAC输出端与间接电流反馈端FB之间，反馈电流注入电阻RA与数模转换器DAC一起形成注入电流，从而改变反馈节点FB的电位，进而达到在放大之前移除失调的效果。
如图2所示实施例电路图，假设电桥激励电压和电路工作电压均为3.3V，电桥的满量程输出为±15mV，电桥零位失调电压可能处于±25mV的范围。为了取得所需灵敏度，电路增益需为100，ADC的输入范围为0V至3.3V。由于电桥的输出可以为正，也可以为负，因此应设置电路零位输出为1.65V。运放最大输出不能超过电源轨0-3.3V，这样在不进行电桥零位失调电压校正的情况下，运放A1的最大增益只能达到为41，不能满足测量所需要的灵敏度要求，因此必须在放大之前移除电桥零位失调电压。
采用本实用新型提供的电桥电路零位偏置校正电路，电桥放大器A1为ICF仪表放大器AD8237，放大器A2为双路低功耗轨到轨放大器AD8506，R3与R4通过A2的A路输出将A1的零电平输出设为中间电源+1.65V。电阻R1和R2为放大器A1的增益配置，A1的输出由低功耗16位ADC AD7705数字化，并由微处理器根据采样结果控制10位DAC LTC1661输出，该输出经A2的B路跟随通过RA形成相应的注入电路，从而自动使电桥失调调整为0。
采用图2给出的设计参数，电路增益为100.6，可以提供±32mV的电桥失调调整范围，对于10位DAC，调整步长为62.5μV，这样输出端的最大残余失调为0.625mV。
图1是基本原理，图2是实用的实施例。二者原理是相同的，只是实施例中增加了跟随，已增减电路的鲁棒性。
Claims (2)
1.一种基于电流注入的电桥电路零位偏置在线校正电路，其特征在于，包括仪表放大器A1、跟随器A2、两个增益配置电阻R1和R2、两个参考电压设定电阻R3和R4、反馈电流注入电阻RA、模数转换器、数模转换器和微处理器；电桥输出端分别接电流反馈型仪表放大器A1的差分信号输入端，其中增益配置电阻R2跨接于仪表放大器A1输出端和间接电流反馈端FB之间，增益配置电阻R1跨接于仪表放大器A1输出参考端REF和间接电流反馈端FB之间；仪表放大器A1输出端接模数转换器，模数转换器采集当前电桥输出的零位偏置值送微处理器，微处理器输出接数模转换器，数模转换器输出通过反馈电流注入电阻RA接仪表放大器A1的间接电流反馈端FB；两个参考电压设定电阻电阻R3和R4串联连接点接跟随器A2同相输入端，跟随器A2反相输入端和输出端共同接仪表放大器A1输出参考端REF。
2.根据权利要求1所述基于电流注入的电桥电路零位偏置在线校正电路，其特征在于，所述两个增益配置电阻R1和R2的并联阻值不超过30KΩ。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110333014A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-10-15 | 浙江荷清柔性电子技术有限公司 | 基于应变片的应变测量电路 |
| CN114894223A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-08-12 | 北京开拓航宇导控科技有限公司 | 一种新型的电桥传感器信号调理电路及方法 |
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