专利名称：高精度测量μV级电压的信号调理电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量领域的信号调理电路设计，尤其涉及一种高精度测量
^v级电压的信号调理电路。
背景技术：
流程工艺生产装置的安全、可靠、经济、高效运行取决于安装在生产装置
流程管线上的数字测控仪表，如传感器、变送器、调节器和执行器等来监测 和调节工艺过程参数。过程校验仪是对数字测控仪表进行检定和维护的专用仪 表，其基本功能是测量(输入)和输出电压、电流、频率、温度等热电信号， 测量精度为0.01%~0.015%。由于过程校验仪测量端的最小模拟信号可达uV级， 因此信号调理电路的结构设计，调理电路的器件尤其是运算放大器有一系列要 求，如输入失调电压、失调漂移、输入偏置电流、滤波及二次放大等处理，即 使采用昂贵的高等级元器件亦无法实现uV级电压信号的高精度测量。追根溯 源，测量器精度难以提升的瓶颈是传统信号调理电路的固有误差。 信号调理电路的放大器精度由下列方程式描述
~=++^+(;)(/s+)+(/￡-)(^)、
^隱 "MM
与方程式相应的文字表达式如下
放大器精度=+失调电压+ (同相输入端输入偏置电流)x (同相输入端源阻抗)+ (反相输入端输入偏置电流)x (反相输入端源阻抗)+ #帛
共模抑制比
在微弱信号高精度测量的信号调理放大电路中，失调电压Vos是放大器误差的 主要来源，而传统的信号调理电路无法消除VOS的负面影响。因此，遵循微弱 信号检测理论改进传统的信号调理电路，对被测信号进行斩波调制，交流放大， 同步解调，滤波等处理，克服VOS对测量精度的负面影响提高测量精度。高精 度测量微弱信号是测量技术领域中亟待解决的难题，其核心技术是信号调理电 路的设计。 发明内容
本实用新型的目的针对现有信号调理电路在微弱信号测量时精度不高的
缺陷，提供了一种高精度测量^v级电压的信号调理电路。高精度测量pV级电压的信号调理电路模拟开关LTC201的引脚1和引 脚9连接后分别与反相器74HC04的引脚4和引脚5相连接，模拟开关LTC201 的引脚2分别与第一电阻的一端和第一电容的一端相连接，第一电阻的另一端 与模拟开关LTC201的引脚15相连接并接地，第一电容的另一端和第三电阻 的一端连接后分别与第二电容的一端和第一运放LT1028的引脚6相连接，第 三电阻的另一端和第二电容的另一端连接后分别与第一运放LT1028的引脚2 和第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端接地，模拟开关LTC201的引脚 3分别与第二电阻的一端和模拟开关LTC201的引脚14相连接，第二电阻的另 一端与第二运放LT1028的引脚2相连接，模拟开关LTC201的引脚4接-15V 电压，模拟开关LTC201的引脚5接地，模拟开关LTC201的引脚6分别与模 拟开关LTC201的引脚11和第一运放LT1028的引脚3相连接，模拟开关 LTC201的引脚8分别与模拟开关LTC201的引脚16和反相器74HC04的引脚 6相连接，模拟开关LTC201的引脚IO和第四电容的一端连接后分别与第五电 阻的一端和第六电阻的一端相连接，第六电阻的另一端接地，第四电容的另一 端和第五电阻的另一端连接后分别与第三电容的一端和第二运放LT1028的引 脚6相连接，第三电容的另一端与第二运放LT1028的引脚1相连接，模拟开 关LTC201的引脚13接15V电压，第一运放LT1028的引脚4接-15V电压， 第一运放LT1028的引脚7接15V电压，第二运放LT1028的引脚4接-15V电 压，第二运放LT1028的引脚7接15V电压，反相器74HC04的引脚1分别与 第五电容的一端和第七电阻的一端相连接，第五电容的另一端接地，第七电阻 的另一端分别和反相器74HC04的引脚2和引脚3相连接，反相器74HC04的 引脚7接地，反相器74HC04的引脚14接15V电压。
本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是
信号调理电路对被测信号进行斩波调制，交流放大，同步解调、滤波等处 理，克服了运放固有的失调电压、失调漂移等对测量精度的负面影响，提高了 册来那个级微弱信号电压的调理电路性能和测量精度。闭环反馈补偿电路 则针对信号调理电路因各种不确定性，随机性的内外因素所导致的漂移进行补 偿，提高了信号调理电路的稳定性和可靠性。

图l是过程校验仪方框图2是高精度测量HV级电压的信号调理电路。
具体实施方式
如图1所示，过程校验仪包括微处理器、LCD显示器、存储器、通信接口、 键盘、信号调理模块、输出通道DAC模块、电压基准模块、恒流源模块、输 入通道ADC模块、模拟开关模块，微处理器分别与LCD显示器、存储器、通 信接口、键盘、输入通道ADC模块、信号调理模块相连接，输出通道DAC 模块分别与模拟开关模块、恒流源模块相连接，输入通道ADC模块分别与模 拟开关模块、电压基准模块、恒流源模块相连接。
如图2所示，高精度测量pV级电压的信号调理电路，其特征在于模拟
开关LTC201的引脚1和引脚9连接后分别与反相器74HC04的引脚4和引脚 5相连接，模拟开关LTC201的引脚2分别与第一电阻Rl的一端和第一电容 Cl的一端相连接，第一电阻R1的另一端与模拟开关LTC201的引脚15相连 接并接地，第一电容Cl的另一端和第三电阻R3的一端连接后分别与第二电 容C2的一端和第一运放LT1028的引脚6相连接，第三电阻R3的另一端和第 二电容C2的另一端连接后分别与第一运放LT1028的引脚2和第四电阻R4的 一端相连接，第四电阻R4的另一端接地，模拟开关LTC201的引脚3分别与 第二电阻R2的一端和模拟开关LTC201的引脚14相连接，第二电阻R2的另 一端与第二运放LT1028的引脚2相连接，模拟开关LTC201的引脚4接-15V 电压，模拟开关LTC201的引脚5接地，模拟开关LTC201的引脚6分别与模 拟开关LTC201的引脚11和第一运放LT1028的引脚3相连接，模拟开关 LTC201的引脚8分别与模拟开关LTC201的引脚16和反相器74HC04的引脚 6相连接，模拟开关LTC201的引脚10和第四电容C4的一端连接后分别与第 五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端相连接，第六电阻R6的另一端接地， 第四电容C4的另一端和第五电阻R5的另一端连接后分别与第三电容C3的一 端和第二运放LT1028的引脚6相连接，第三电容C3的另一端与第二运放 LT1028的引脚1相连接，模拟开关LTC201的引脚13接15V电压，第一运放 LT1028的引脚4接-15V电压，第一运放LT1028的引脚7接15V电压，第二 运放LT1028的引脚4接-15V电压，第二运放LT1028的引脚7接15V电压， 反相器74HC04的引脚1分别与第五电容C5的一端和第七电阻R7的一端相连 接，第五电容C5的另一端接地，第七电阻R7的另一端分别和反相器74HC04 的引脚2和引脚3相连接，反相器74HC04的引脚7接地，反相器74HC04的 引脚14接15V电压。
高精度测量^V级电压的信号调理电路包括2相方波发生器，基于斩波调 制，解调原理的信号放大电路，闭环反馈补偿电路三部分。2相方波发生器是3个反相器和外围阻容器件组成的振荡电路，典型频率为350Hz;方波发生器 的两路输出分别控制信号放大电路的两组模拟开关，对被测信号实施斩波调制 和同步解调。基于斩波调制，解调原理的信号放大电路由2个低偏置电流，低 噪声的通用运放，4个模拟开关和外围阻容器件构成；4个模拟开关2个一组， 组合为输入模拟开关和输出模拟开关，分别受控于方波发生器的两路输出信 号；待测信号经输入模拟开关斩波调制，第一运放放大，输出模拟开关同步解 调，以及第二运放的二次放大处理。闭环反馈补偿电路是2个电阻组成的分压 电路；信号放大电路第二运放的输出经电压分压后，反馈至信号放大电路第一 运放的斩波输入端，对调理电路的漂移进行闭环补偿，提高了电路的稳定性。
权利要求1.一种高精度测量μV级电压的信号调理电路，其特征在于模拟开关LTC201的引脚1和引脚9连接后分别与反相器74HC04的引脚4和引脚5相连接，模拟开关LTC201的引脚2分别与第一电阻(R1)的一端和第一电容(C1)的一端相连接，第一电阻(R1)的另一端与模拟开关LTC201的引脚15相连接并接地，第一电容(C1)的另一端和第三电阻(R3)的一端连接后分别与第二电容(C2)的一端和第一运放LT1028的引脚6相连接，第三电阻(R3)的另一端和第二电容(C2)的另一端连接后分别与第一运放LT1028的引脚2和第四电阻(R4)的一端相连接，第四电阻(R4)的另一端接地，模拟开关LTC201的引脚3分别与第二电阻(R2)的一端和模拟开关LTC201的引脚14相连接，第二电阻(R2)的另一端与第二运放LT1028的引脚2相连接，模拟开关LTC201的引脚4接-15V电压，模拟开关LTC201的引脚5接地，模拟开关LTC201的引脚6分别与模拟开关LTC201的引脚11和第一运放LT1028的引脚3相连接，模拟开关LTC201的引脚8分别与模拟开关LTC201的引脚16和反相器74HC04的引脚6相连接，模拟开关LTC201的引脚10和第四电容(C4)的一端连接后分别与第五电阻(R5)的一端和第六电阻(R6)的一端相连接，第六电阻(R6)的另一端接地，第四电容(C4)的另一端和第五电阻(R5)的另一端连接后分别与第三电容(C3)的一端和第二运放LT1028的引脚6相连接，第三电容(C3)的另一端与第二运放LT1028的引脚1相连接，模拟开关LTC201的引脚13接15V电压，第一运放LT1028的引脚4接-15V电压，第一运放LT1028的引脚7接15V电压，第二运放LT1028的引脚4接-15V电压，第二运放LT1028的引脚7接15V电压，反相器74HC04的引脚1分别与第五电容(C5)的一端和第七电阻(R7)的一端相连接，第五电容(C5)的另一端接地，第七电阻(R7)的另一端分别和反相器74HC04的引脚2和引脚3相连接，反相器74HC04的引脚7接地，反相器74HC04的引脚14接15V电压。
专利摘要本实用新型公开了一种高精度测量μV级电压的信号调理电路。调理电路包括2相方波发生器，基于斩波调制，解调原理的信号放大电路，闭环反馈补偿电路三部分。方波发生器由3个反相器和外围阻容器件构成，信号放大电路由2个通用运放，4个模拟开关和外围阻容器件构成，模拟开关2个一组，组合为输入和输出模拟开关，分别受控于方波发生器的两路输出信号；待测信号经输入模拟开关斩波调制，第一运放放大，输出模拟开关同步解调和第二运放的二次放大处理；第二运放输出的调理信号经电阻分压后反馈至信号输入端，构成闭环反馈补偿电路。经测试，信号调理电路的技术指标噪声＜[email protected]～10Hz，失调电压＜1μV，失调漂移＜0.01μV/℃，完全满足高精度测量的要求。
文档编号G01R19/00GK201311449SQ20082016812
公开日2009年9月16日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年11月27日
发明者程 丁, 吴明光, 平 周, 江 杨, 邵旭敏 申请人:浙江大学;丁 程