RU2498501C2 - Method for reducing errors of direct current amplifier with modulator at input and demodulator at output - Google Patents
Method for reducing errors of direct current amplifier with modulator at input and demodulator at output Download PDFInfo
- Publication number
- RU2498501C2 RU2498501C2 RU2011154424/08A RU2011154424A RU2498501C2 RU 2498501 C2 RU2498501 C2 RU 2498501C2 RU 2011154424/08 A RU2011154424/08 A RU 2011154424/08A RU 2011154424 A RU2011154424 A RU 2011154424A RU 2498501 C2 RU2498501 C2 RU 2498501C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- input
- temperature
- output
- modulator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уменьшения дополнительных погрешностей усилителя постоянного тока.The invention relates to measuring technique and can be used to reduce additional errors of the DC amplifier.
Известен способ уменьшения погрешностей, заключающийся в том, что входной низкочастотный сигнал с помощью модулятора преобразуют в высокочастотный сигнал, усиливают усилителем высокой частоты, затем с помощью демодулятора и фильтра восстанавливают постоянную и низкочастотную составляющие сигнала [1].There is a method of reducing errors, namely, that the input low-frequency signal using a modulator is converted to a high-frequency signal, amplified by a high-frequency amplifier, then, using a demodulator and a filter, the constant and low-frequency components of the signal are restored [1].
Однако такое преобразование устраняет только напряжение смещения нуля Uсм, но не устраняет дополнительную погрешность, заключающуюся в дрейфе напряжения смещения нуля, причем дополнительная погрешность может быть сравнима с напряжением входного сигнала.However, such a conversion eliminates only the zero bias voltage U cm , but does not eliminate the additional error consisting in the drift of the zero bias voltage, and the additional error can be comparable with the input signal voltage.
Действительно, если на вход усилителя подают низкочастотный сигнал U1(t), полярность которого инвертируют модулятором в моменты времени t=m∆t, затем усиливают усилителем с коэффициентом усиления K и напряжением смещения нуля Uсму(t) линейно зависящим от времениIndeed, if a low-frequency signal U 1 (t) is supplied to the input of the amplifier, the polarity of which is inverted by the modulator at times t = m∆t, then it is amplified by an amplifier with a gain K and zero bias voltage U cm (t) linearly dependent on time
то напряжение на входе демодулятора имеет видthen the voltage at the input of the demodulator has the form
Uм[m]=K((-1)mU1[m]+U0+αm∆t),U m [m] = K ((- 1) m U 1 [m] + U 0 + αm∆t),
где U1[m]=U1(m∆t), Uм[m]=Uм(m∆t).where U 1 [m] = U 1 (m∆t), U m [m] = U m (m∆t).
Если демодуляцию осуществляют алгоритмуIf demodulation is performed by an algorithm
то выходное напряжение усилителя описывается выражениемthen the output voltage of the amplifier is described by the expression
U2[2m]=K(U1[2m]+U1[2m-1]+α∆t)/2.U 2 [2m] = K (U 1 [2m] + U 1 [2m-1] + α∆t) / 2.
Таким образом, на выходе усилителя присутствует составляющаяThus, at the output of the amplifier there is a component
обусловленная дрейфом напряжения смещения нуля усилителя.due to the drift of the zero bias voltage of the amplifier.
Известно, что изменение напряжения смещения нуля усилителя Uсму(t) в основном определяется температурным дрейфом [2], поэтому, в случае линейного дрейфа, дополнительная погрешность (3) представима в виде:It is known that the change in the zero bias voltage of the amplifier U cmu (t) is mainly determined by the temperature drift [2], therefore, in the case of linear drift, the additional error (3) can be represented as:
где β - температурный коэффициент напряжения смещения нуля усилителя, ∆T=ν∆t - приращение температуры усилителя за время модуляции ∆t,ν - скорость изменения температуры усилителя.where β is the temperature coefficient of the zero bias voltage of the amplifier, ΔT = νΔt is the increment of the amplifier temperature during the modulation time Δt, and ν is the rate of change of the temperature of the amplifier.
Наиболее близким по существу к заявленному способу является способ коррекции температурной погрешности, применяемый в термопарных усилителях, заключающийся в том, что измеряют температуру усилителя, и формируют сигнал коррекции, пропорциональный температуре Т, который суммируют с выходным сигналом усилителя [3]. Этот способ позволяет компенсировать погрешность, обусловленную термоэдс входных контактов, однако в усилителях постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе не устраняет дополнительную погрешность, обусловленную дрейфом напряжения смещения усилителя. Действительно, как следует из соотношения (4), эта погрешность определяется не температурой T усилителя, а скоростью ее изменения ν.The closest in essence to the claimed method is a method for correcting the temperature error used in thermocouple amplifiers, which consists in measuring the temperature of the amplifier and generating a correction signal proportional to the temperature T, which is summed with the output signal of the amplifier [3]. This method allows you to compensate for the error due to the thermopower of the input contacts, however, in DC amplifiers with a modulator at the input and a demodulator at the output, it does not eliminate the additional error due to the drift of the bias voltage of the amplifier. Indeed, as follows from relation (4), this error is determined not by the temperature T of the amplifier, but by its rate of change ν.
Целью заявленного изобретения является снижение дополнительной погрешности усилителя постоянного тока с модуляцией на входе и демодуляцией на выходе.The aim of the claimed invention is to reduce the additional error of the DC amplifier with modulation at the input and demodulation at the output.
Технический результат достигается тем, что формируют суммируемый с выходным сигналом усилителя постоянного тока сигнал коррекции, напряжение которого пропорционально скорости изменения температуры усилителя, а коэффициент пропорциональности измеряют при градуировке усилителя.The technical result is achieved in that they form a correction signal that is summed with the output signal of the DC amplifier, the voltage of which is proportional to the rate of change of the temperature of the amplifier, and the proportionality coefficient is measured when the amplifier is calibrated.
Для градуировки усилителя постоянного тока измеряют зависимость напряжения смещения нуля от скорости изменения температуры усилителя. Для этого этом входные зажимы усилителя замыкают, затем усилитель охлаждают до нижней рабочей температуры усилителя, после чего помещается в термостат с предустановленной верхней рабочей температурой усилителя, и фиксируют последовательности значений демодулированного напряжения Uдем0[2m] и его температуры Т[m] в процессе естественного прогрева усилителя до температуры термостата. Затем вычисляют конечные разности, пропорциональные скорости изменения температуры, по алгоритмуTo calibrate the DC amplifier, measure the dependence of the bias voltage of zero on the rate of change of the temperature of the amplifier. For this, the input terminals of the amplifier are closed, then the amplifier is cooled to the lower operating temperature of the amplifier, then it is placed in a thermostat with a preset upper working temperature of the amplifier, and the sequence of values of the demodulated voltage U dem0 [2m] and its temperature T [m] is recorded in the natural heating the amplifier to the temperature of the thermostat. Then calculate the final differences proportional to the rate of change of temperature, according to the algorithm
и полученные данные аппроксимируют линейной зависимостью видаand the obtained data are approximated by a linear dependence of the form
где γ=Kβ - коэффициент дрейфа, Uост=KUсм - остаточное постоянное напряжение, Uсм - приведенное к входу напряжение смещения усилителя постоянного тока, обусловленное, например, коммутационной помехой [1].where γ = Kβ is the drift coefficient, U ost = KU cm is the residual DC voltage, U cm is the bias voltage of the DC amplifier brought to the input, caused, for example, by switching noise [1].
Сигнал коррекции Uкор формируют из измеренных значений температуры усилителя Т[m] и коэффициентов корреляции γ и Uост, по алгоритмуThe correction signal U cor form from the measured values of the temperature of the amplifier T [m] and the correlation coefficients γ and U OST , according to the algorithm
Выходной сигнал усилителя постоянного тока формируют как сумму напряжений сигнала на выходе демодулятора и сигнала коррекции по алгоритмуThe output signal of the DC amplifier is formed as the sum of the voltage of the signal at the output of the demodulator and the correction signal according to the algorithm
Заявленный способ реализован в усилителе постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе, блок-схема которого приведена на фиг.1. Усиливаемый сигнал подключен к входу модулятора 1 (ADG884), температура которого измеряется температурным датчиком 2 (термомост на основе платинового терморезистора 700-102ААВ-В00). Выход модулятора подключен к входу усилителя 3 (четыре включенных параллельно неинвертирующих усилителя, реализованных на микросхемах ОРА211), выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 4 (AD7190), а ко второму входу преобразователя 4 подключен выход температурного датчика 2. Цифровые коды напряжений выходного сигнала усилителя 3 и температуры датчика 2 подаются на порт ввода-вывода 5 микроконтроллера 6 (ADuC847), который осуществляет программную демодуляцию по алгоритму (2). Таким образом, модулятор 1, усилитель 3 и аналого-цифровой преобразователь 4 совместно с микроконтроллером 6 и входящим в состав микроконтроллера 6 цифро-аналоговым преобразователем 7, образуют усилитель постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе.The claimed method is implemented in a DC amplifier with a modulator at the input and a demodulator at the output, a block diagram of which is shown in Fig.1. The amplified signal is connected to the input of modulator 1 (ADG884), the temperature of which is measured by temperature sensor 2 (a thermal bridge based on a platinum thermistor 700-102ААВ-В00). The modulator output is connected to the input of amplifier 3 (four non-inverting amplifiers connected in parallel, implemented on ORA211 chips), the output of which is connected to the first input of analog-to-digital converter 4 (AD7190), and the output of temperature sensor 2 is connected to the second input of converter 4. Digital voltage codes the output signal of the amplifier 3 and the temperature of the sensor 2 are fed to the input-output port 5 of the microcontroller 6 (ADuC847), which performs software demodulation according to the algorithm (2). Thus, the modulator 1, the amplifier 3 and the analog-to-digital converter 4 together with the microcontroller 6 and the digital-to-analog converter 7 included in the microcontroller 6 form a DC amplifier with a modulator at the input and a demodulator at the output.
Модулятор 1, температурный датчик 2, усилитель 3 и аналого-цифровой преобразователь 4 находятся в тепловом контакте и помещены в теплоизоляционный кожух 8 для выравнивания их температур. Конечные разности, пропорциональные скорости изменения температуры усилителя, полученные по алгоритму (5) и коды демодулированных напряжений, сформированных по алгоритму (2) заносятся в память микроконтроллера 6, который также осуществляет программное управление процессом измерения, хранит коэффициенты корреляции γ и Uост зависимости (6), формирует сигнал коррекции (7) и с помощью цифро-аналогового преобразователя 7 формирует выходной сигнал по алгоритму (8).Modulator 1, temperature sensor 2, amplifier 3 and analog-to-digital converter 4 are in thermal contact and placed in a heat-insulating casing 8 to equalize their temperatures. Finite difference proportional to the speed amplifier temperature changes obtained by the algorithm (5) and the codes of the demodulated voltage generated by the algorithm (2) recorded in the microcontroller memory 6, which also performs software control measurement process, stores γ correlation coefficients and U ost dependence (6 ), generates a correction signal (7) and, using a digital-to-analog converter 7, generates an output signal according to algorithm (8).
Проведенные исследования показали, что в диапазоне температур 0ºС-40ºС без применения заявленного способа средний тренд приведенного к входу усилителя напряжения смещения нуля составляет 2 нВ/ºС, а с применением заявленного способа - 40 пВ/ºС, среднеквадратичное отклонение отсчетов при постоянной времени 0,85 с составляет 1 нВ как с применением заявленного способа, так и без него. Таким образом, применение заявленного способа позволило достигнуть заявленный технический результат, заключающийся в уменьшении обусловленной температурным дрейфом напряжения смещения нуля дополнительной погрешности усилителя в 50 раз, при этом уровень шума, обусловленный собственным шумом усилителя 3, не изменился.The studies showed that in the temperature range 0ºС-40ºС without applying the claimed method, the average trend of the zero bias voltage brought to the input of the amplifier is 2 nV / ºС, and using the claimed method is 40 pV / ºС, the standard deviation of the readings at a time constant of 0.85 C is 1 nV, both with the application of the claimed method and without it. Thus, the application of the claimed method made it possible to achieve the claimed technical result, which consists in reducing the additional error of the amplifier due to the temperature drift of the zero bias voltage by 50 times, while the noise level due to the intrinsic noise of the amplifier 3 did not change.
Источники информацииInformation sources
1) Полонников Д.Е. Операционные усилители: Принципы построения, теория, схемотехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 216 с.1) Polonnikov D.E. Operational amplifiers: principles of construction, theory, circuitry. - M .: Energoatomizdat, 1983 .-- 216 p.
2) Дж.Рутковски. Интегральные операционные усилители. Справочное руководство. - М.: Мир, 1987. - 325 с.2) J. Rutkowski. Integrated Operational Amplifiers. Reference guide. - M.: Mir, 1987 .-- 325 p.
3) Техническое описание микросхемы AD595 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://science.cdu.edu.ua/files/pdf/1.pdf. (прототип).3) Technical description of the AD595 chip [Electronic resource]. - Access mode: http://science.cdu.edu.ua/files/pdf/1.pdf. (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011154424/08A RU2498501C2 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Method for reducing errors of direct current amplifier with modulator at input and demodulator at output |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011154424/08A RU2498501C2 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Method for reducing errors of direct current amplifier with modulator at input and demodulator at output |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011154424A RU2011154424A (en) | 2013-07-10 |
| RU2498501C2 true RU2498501C2 (en) | 2013-11-10 |
Family
ID=48787449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011154424/08A RU2498501C2 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Method for reducing errors of direct current amplifier with modulator at input and demodulator at output |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2498501C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5990738A (en) * | 1998-06-19 | 1999-11-23 | Datum Telegraphic Inc. | Compensation system and methods for a linear power amplifier |
| US6587514B1 (en) * | 1999-07-13 | 2003-07-01 | Pmc-Sierra, Inc. | Digital predistortion methods for wideband amplifiers |
| US7639080B2 (en) * | 2006-06-07 | 2009-12-29 | Panasonic Corporation | Radio frequency amplifier circuit and mobile communication terminal using the same |
| RU2379825C2 (en) * | 2001-02-16 | 2010-01-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Architecture of receiver with direct conversion |
-
2011
- 2011-12-29 RU RU2011154424/08A patent/RU2498501C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5990738A (en) * | 1998-06-19 | 1999-11-23 | Datum Telegraphic Inc. | Compensation system and methods for a linear power amplifier |
| US6587514B1 (en) * | 1999-07-13 | 2003-07-01 | Pmc-Sierra, Inc. | Digital predistortion methods for wideband amplifiers |
| RU2379825C2 (en) * | 2001-02-16 | 2010-01-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Architecture of receiver with direct conversion |
| US7639080B2 (en) * | 2006-06-07 | 2009-12-29 | Panasonic Corporation | Radio frequency amplifier circuit and mobile communication terminal using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011154424A (en) | 2013-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8197133B2 (en) | System and method for sensor thermal drift offset compensation | |
| EP2128579B1 (en) | Arrangement for linearizing a non-linear sensor | |
| US9857782B2 (en) | Output value correction method for physical quantity sensor apparatus, output correction method for physical quantity sensor, physical quantity sensor apparatus and output value correction apparatus for physical quantity sensor | |
| US9261415B1 (en) | System and method for temperature sensing | |
| WO2021179212A1 (en) | Temperature sensor, electronic apparatus, and temperature measurement system | |
| Ahmad et al. | An auto-calibrated resistive measurement system with low noise instrumentation ASIC | |
| WO2011029182A1 (en) | Sensor response calibration for linearization | |
| US7373266B2 (en) | Sensor calibration using selectively disconnected temperature | |
| KR20200025784A (en) | System and method for correcting current value of shunt resistor | |
| De Marcellis et al. | A novel 6-decades fully-analog uncalibrated Wheatstone bridge-based resistive sensor interface | |
| Radetić et al. | The analog linearization of Pt100 working characteristic | |
| KR100959829B1 (en) | Temperature-compensated gas measurement apparatus for nano device gas sensor and method thereof | |
| JP2003098010A (en) | Device for measuring temperature of electronic circuit | |
| Alaluev et al. | High-precision algorithmic compensation of temperature instability of accelerometer's scaling factor. | |
| RU2498501C2 (en) | Method for reducing errors of direct current amplifier with modulator at input and demodulator at output | |
| KR20080090005A (en) | A temperature measuring apparatus using a thermocouple and a method thereof | |
| JP7169294B2 (en) | Apparatus and method for measuring target power value | |
| JP6032518B2 (en) | Offset voltage compensator | |
| US6725166B1 (en) | Flow pickup circuit | |
| WO2018025470A1 (en) | Sensor device | |
| JP2010085339A (en) | Zero point adjustment method of gas sensor using contact combustion type gas detection element | |
| Islam et al. | Accuracy analysis of oscillator-based active bridge circuit for linearly converting resistance to frequency | |
| JP2015099089A (en) | Magnetic sensor | |
| RU2255313C1 (en) | Mode of measuring of temperature and an arrangement to execute it | |
| CN111089609A (en) | Sensor circuit with offset compensation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151230 |