CN2535807Y - 基于开关电容积分器的弱信号检测电路 - Google Patents
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Abstract
基于开关电容积分器的弱信号检测电路属于弱电荷或弱电流信号检测领域，其特征在于它含有：输出端并接有控制开关S2的传感器，负端经积分电容控制开关S3与传感器一端相连而正端与传感器另一端共地的跨导运算放大器A，各自并接于该放大器A的负端和输出端的积分电容Cf和积分电容控制开关S1，输入端与该放大器A的输出端相连的模/数转换器以及分别对积分电容控制开关S1、S3、控制开关S2和模/数转换器进行控制的可编程控制逻辑电路。其中，跨导运算放大器、积分电容、模/数转换器和积分电容控制开关S1、S3可集成于芯片DDC112U，可编程控制逻辑电路可用芯片ISPLSI1016实现。它具有对传感器输出信号的响应快，信号测量范围大、集成度高且可以有效测量的最小电荷信号是10－15C，最小电流是10－13A。
Description
技术领域
一种基于开关电容积分器的弱信号检测电路属于弱电荷或弱电流信号检测技术领域。
背景技术
对弱信号的测量目前使用的是跨导阻容反馈式电路，即由低噪声、低偏置、低漂移的跨导运算放大器和反馈电阻和反馈电容组成。它利用了传感器输出信号在阻值很高的反馈电阻上的电压降，从而把输出信号转换成电压信号并放大到一般模/数转换器A/D的信号范围。但反馈电容在使跨导运算放大器稳定工作并抑制其高频噪声的同时也降低了测量电路对传感器输出信号的响应速度；同时测量电路的放大倍数是由反馈电阻的阻值决定的，对输出信号范围不同的传感器必须使用反馈电阻不同的测量电路，因而其无法适应大范围的测量需要。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可供实用的用开关电容取代跨导阻容反馈式电路中的反馈电阻和反馈电容的开关电容积分器式的弱信号检测电路来解决这个问题。
本实用新型的特征在于：(1)它含有输出端并接有控制开关S2的传感器，负端经积分电容控制开关S3与传感器一端相连而正端与传感器另一端共地的跨导运算放大器A，各自连接于跨导运算放大器A的负端和输出间的积分电容Cf和积分电容控制开关S1，输入端与跨导运算放大器A的输出端相连而输出为数字化检测结果的模/数转换器A/D以及对积分电容控制开关S1、S3、控制开关S2和模/数转换器进行控制的可编程控制逻辑电路。(2)所述两积分电容控制开关S1、S3都是低电荷注入噪声的模拟开关。(3)所述的跨导运算放大器A、模数/转换器A/D、积分电容Cf、控制开关S2、积分电容控制开关S1、S3是集成在一起用芯片DDC112U代替的一种专用的BURR-BROWN公司的芯片。(4)所述的可编程控制逻辑电路是芯片ISPLSI1016。(5)所述的可编程控制逻辑电路U2的28脚与一个把数据结果信号转换为RS422总线协议信号的芯片MAX488的输入脚3相连。
使用证明，它可达到预期目的。
附图说明
图1：基于开关电容积分器的弱信号检测电路的电路原理框图。
图2：基于开关电容积分器的弱信号检测电路的电路原理图。
具体实施方式
请见图1～图2。U1是BURR-BROWN公司生产的DDC112U，内部包含了跨导运算放大器，积分电容，积分电容控制开关，A/D转换器，A/D转换器的分辨率达到18bit，它以串行方式输出数字化的测量结果，DDC112U内含有两部分完全相同的内容，可以完成对两路输入信号的测量。电离室即传感器输出的信号通过电阻R1、R2输入到DDCN2U的1脚和28脚。电阻R1、R2主要起到静电保护作用。U2是LATTICE公司生产的可编程逻辑控制电路芯片ISPLSI1016，在计算机中完成的控制逻辑设计可以通过LATTICE公司生产的可编程电缆和8芯的电缆插座S1烧录到U2中，从而实现U1的控制逻辑。U6是晶振元件，为U2提供20MHz的频率基准，U2生成的10MHz工作时钟经9脚输出到U1的10脚；U2的5脚输出到U1的8脚的控制信号决定了U1是工作于自测试状态还是工作于对输入进行测量的状态；U2的6脚输出到U1的9脚的是控制积分电容进行积分、电压保持和放电复位的信号，可以实现1ms～500mS的积分时间控制；U2的44、3、4脚输出信号控制了U1使用的积分电容，因为U1内部有三个分别为12.5、25、37.5pF的积分电容，这三个信号可以对使用的积分电容进行选择；当U1的A/D转换器对积分电容上的电压完成了采样和A/D变换后，将从17脚输出一个标志信号到U2的42脚；然后，U2又从7脚输出读取数据的命令信号到U1的12脚，同时数据结果在U2的8脚输出的时钟控制下从U1的16脚发送到U2的40脚；U2在收到了U1的数据后，按照异步串行通信的协议把数据从28脚输出到U7的3脚，U7是MAXIM公司生产的MAX488芯片。U7把数据结果信号转换为串行接口RS422的总线协议信号，经6、5脚发送到接收和处理的上位机。U3是MAXIM公司生产的MAX874，它输出A/D转换器所要的参考电压4.096V，从6脚输出到U4。U4是BURR-BROWN公司生产的运算放大器OPA350，它把参考电压缓冲后从6脚输出，从而驱动U1的A/D转换器的参考电压电路。U5是1.2288MHz的晶振元件，为U2提供了实现串行异步通信的时钟信号。电路中使用了两个电源Vcc和Vdd，以减少逻辑控制电路给U1造成的噪声影响，两个电源通过磁铁FB共地。
经使用表明，该检测电路可以有效测量的最小电荷信号是10-15C，最小电流是10-13A。
Claims (5)
1.基于开关电容积分器的弱信号检测电路，含有传感器和跨导运算放大器构成的电容积分器，其特征在于：它含有输出端并接有控制开关S2的传感器，负端经积分电容控制开关S3与传感器一端相连而正端与传感器另一端共地的跨导运算放大器A，各自连接于跨导运算放大器A的负端和输出间的积分电容Cf和积分电容控制开关S1，输入端与跨导运算放大器A的输出端相连而输出为数字化检测结果的模/数转换器A/D以及对积分电容控制开关S1、S3、控制开关S2和模/数转换器进行控制的可编程控制逻辑电路。
2.根据权利要求1的基于开关电容积分器的信号检测电路，其特征在于：所述两积分电容控制开关S1、S3都是低电荷注入噪声的模拟开关。
3.根据权利要求1的基于开关电容积分器的弱信号检测电路，其特征在于：所述的跨导运算放大器A、模数/转换器A/D、积分电容Cf、控制开关S2、积分电容控制开关S1、S3是集成在一起用芯片DDC112U代替的一种专用的BURR-BROWN公司的芯片。
4.根据权利要求1的基于开关电容积分器的弱信号检测电路，其特征在于：所述的可编程控制逻辑电路是芯片ISPLSI1016。
5.根据权利要求1或2的基于开关电容积分器的弱信号检测电路，其特征在于：所述的可编程控制逻辑电路U2的28脚与一个把数据结果信号转换为RS422总线协议信号的芯片MAX488的输入脚3相连。
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