基于运放的AD输入信号调理电路设计
信号调理电路
F1 F0 F2
F N
振弦式传感器的特性曲线
24
线性化
4、有源线性化电路 无源线性化的缺点是降低了灵敏度。 有源线性化：运用运放、场效应管或晶体管 等有源器件实现线性化。 因运放有很高的增益、极高的输入阻抗、灵 活多变的接法，可获得各种各样函数变换。 原则上，任何敏感器件的变换特性都可以校 正为足够好的直线特性。电路复杂、调整不 便、成本较高。
光
I RP c
Rf
+
+ R2 uO
39
U o IRf
信号变换
注意： 电流传感器输出的电流一般较小，特别是微 弱信号的检测，必须分析运放失调电流和失 调电压所带来的误差放大器。 通常选用失调电流小、失调电压小、噪声低 的运放。
40
信号变换
电流经过长距离导线传输的电流电压转换：
1K 输入
0~10mA
42
信号变换
纳安小电流电流-电压转换电路：
10K
Ii
+
+
+ -
+
uO 99K
1K
如输入电流：10nA，第一级输出10mV，第二级增益为 100，输出为1V，避免了采用大电阻。
43
信号变换
3、电压－频率转换
电压－频率转换：模拟输入电压转换成与之 成正比振荡频率。
特点：具有良好的精确度、线性、积分输入 等，电路简单、外围元件性能要求不高、环 境适应能力强、转换速度不低于一般的双积 分型AD器件，抗干扰，节省系统接口资源， 可长距离传输，成本低，可逆。 常用器件：TC9401，AD650
注意： 两个电阻的稳定性直接影响电平调整效果 作为传感器电路的负载希望电阻大些，作 为后续电路的输入希望电阻小些，折中考 虑 大阻值（如MΩ）的电阻精度与噪声均较差 常用于精度要求较低的场合，否则用有源 调整电路
全国大学生电子设计竞赛信号调理电路
◦ 一般会比电源电压窄1V~几V ◦ 输入轨到轨运放（Rail-to-rail input，RRI），输入可接 近电源电压，或略超过电源电压（0.1V一般）
共模抑制比（Common-mode rejection ratio， CMRR）：差模电压增益与共模电压增益的比值， 用dB表示
Av趋近于∞ Ri趋近于∞ Ro趋近于0 虚短：v+=v虚断：i+=i-=0
分析运放常用的条件
反相放大器
类型：电压并联负反馈
因 v v 则 v 0 则 i1 if 因 i 0 由图
v v vs i1 s R1 R1
vs+ -
if
Rf
i1
精密运放 高速运放 差分放大 仪表放大器 电流反馈型运算放大器（CFB） 比较器
R2 (V 2 V 1) R1 适用于正负噪音相当的场合 Vout
AD8276
三运放搭建仪表放大器原理图 =两个同相放大器+一个增益固定（为1）的差分放 大器 集成仪表放大器：INA128（TI）、AD521、 AD620 仅需添加少量的电阻，即可实现
◦ AD602、AD603 ◦ VCA810、VCA822等
利用VGA实现AGC功能
◦ 通信接收机中的应用
避免自激
直流特性差、适合放大高频交流信号、带宽不因频 率增加而减小、反馈电阻需恒定（一般比较小，参 照datasheet） Rf决定-3db带宽，稳定性受Rf影响 压摆率高，几千V/us 常用型号：OPA695（1400MHz、4300V/us）、 AD8009（700MHz、5500V/us）等 选仪器仪表、放大器类题的同学注意此类运放，一 些使用方法和常规运放不一样
信号调理电路.
V IN -
+
R2
A1
-
放大
输入 信号
RG (外接)
R 1
的差
R 1
值
RS
(外接)
A3
V O UT
负载
R2
RS
A2
V IN+
外接地
(a) 经典的前置放大器
电路结构： 对称输入级，由运放A1、A2组成 差动输出级，由运放A3组成
对称输入级对共模干扰信号具有很强的抑制能力 差动输出级将电路双端输入方式变换成单端对地输出方式
理想运放分析要点: 假设运放为理想运放，输入阻抗无穷大、开环放大倍数为无穷 大、输出阻抗为零，不计偏置电流和失调电压。
（1）虚断 （2）虚短 测量常用运放：
OPO7 uA741 LM324 LM358 等
放大电路关键器件-运算放大器
实际运放的设计指标考虑: (1) 输入失调电压 (2) 输入偏置电流
四. 隔离放大器
隔离放大电路定义 隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间没
有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有公共 的接地端。
隔离放大器的应用于场合
隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某些测控系 统（如生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程控 制系统等）中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能 力传送信号。它对消除来自大地回路的各种干扰和噪声具 有积极的作用。
C1：隔直电容 R3 ：C1的放电回路
R2
R1 ui N1
R3
(3) 交流电压跟随电路
R2
同相放大电路的特例
为减小失调电流，R3= R2
ui C1
-∞ +
uo
+ N1
信号调理电路设计方案详解
宽带放大器的设计方案本设计由直流稳压电源、前置放大电路单元、增益控制部分、功率放大部分、单片机自动增益控制部分几个模块构成。
输入部分采用高速电压反馈型运放OPA642作跟随器提高输入阻抗，并且在不影响性能的条件下给输入部分加了保护电路。
使用了多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激。
同时利用可变增益宽带放大器AD603来提高增益和扩大AGC控制范围，通过软件补偿减小增益调节的步进间隔和提高准确度。
功率输出部分采用分立元件制作，提高了负载阻值以及输出有效值。
控制部分由51系列单片机、A/D、D/A和基准源组成。
整个系统通频带为1kHz～20MHz，最小增益0dB，最大增益80dB。
增益步进1dB，60dB以下预置增益与实际增益误差小于0.2dB。
不失真输出电压有效值达9.5V，输出4.5～5.5V时AGC控制范围为66dB，应用单片机和数字信号处理技术对增益进行预置和控制,AGC稳定性好,可控范围大,完成了设计的所有基本要求并做适当的发挥，使设计更完善。
1总体方案方案一：简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现,图3.1为分立元件放大器电路图。
为了满足增益60dB的要求，可以采用多级放大电路实现。
对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。
本方案由于大量采用分立元件，如三极管等，电路比较复杂，工作点难于调整，尤其增益的定量调节非常困难。
此外，由于采用多级放大，电路稳定性差，容易产生自激现象。
方案二：为了易于实现最大60dB增益的调节，可以采用D/A芯片AD7520的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。
又考虑到AD7520是一种廉价型的10位D ／A转换芯片，其输出Vout=Dn×Vref/1024，其中Dn为10位数字量输入的二进制值，可满足1024挡增益调节，满足题目的精度要求。
它由CMOS电流开关和梯形电阻网络构成，具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点，故可以采用AD7520来实现信号的程控衰减。
高速数据采集系统信号调理电路的设计
高速数据采集系统信号调理电路的设计上海交通大学电子信息与电气工程学院(200030) 乔 巍 杜爱玲 陈 春 叶 生摘 要 文章针对基于微控制器和PC 的高速数据采集系统,在讨论了信号调理电路功能及必要性的基础上,给出了包括信号放大、衰减、隔离和滤波的设计方案,并对滤波电路的拓扑设计进行了研究。
此外,针对广泛存在的电力信号采集与分析,以电能质量为分析、研究对象,给出了基于Sallen 2Key 和状态变量拓扑的滤波方案。
对高速数据采集系统精度的提高和采集设备的保护具有实际意义。
关键词 信号调理 高速数据采集 Sallen 2Key 拓扑 状态变量拓扑 目前,基于微控制器及基于PC 和内插板卡的数据采集系统在很大领域内得到了应用[1]。
数据采集卡和微控制器前端的高速A/D 转换作为信号采集设备非常适合用来测量电压信号。
但是,许多传感器和变送器输出的信号必须经过调理之后,才能进入数据采集卡、高速A/D 转换器或设备,以实现有效精确的测量。
这种前端的预处理,一般就称为信号调理,包括信号放大衰减、滤波、电气隔离和多路技术。
图1为基于PC 和内插板卡的数据采集系统框图[2]。
图1 基于PC 和内插板卡的数据采集系统框图1 信号调理电路的组成1.1 放大衰减电路由于很多信号幅度比较小,所以需要通过放大器来提高测量的精度。
放大器通过匹配信号电平和A/D 转换器的测量范围,来达到提高测量分辨率的目的。
出于这个原因,现在许多数据采集卡都包括了板载放大器。
同样情况,当需要数字化的电压超过了允许输入范围时,衰减就不可缺少了。
1.2 隔离电路数据采集系统中不合适的接地是造成测量问题和数据采集卡损坏的最普遍原因。
对信号进行电气隔离可以防止这些问题的发生。
隔离破坏了接地环路,避免了高的共模电压,并且保护了价格不菲的数据采集设备。
通常的隔离方法有利用光耦、磁或者容性隔离器。
磁或容性隔离器将信号从电压形式调制成频率形式。
频率能够在转回成电压之前以非直接物理连接的方式通过变压器或者电容。
一种提高AD分辨率的信号调理电路设计
一种提高 Ａ Ｄ分辨率的信号调理电路设计 ／
杨燕翔， 杨景常
（ 四川工业学院 电子信息与电气工程 系， 成都 ６０ ３ ） １０ ９
摘要：／ ＡＤ转换器的分辨率决定着数据采集电 路的 量化精度。 某种因素限制了Ａ Ｄ 当 ／转 换器分辨率进一步提高时， 通过对信号调理电路的合理设计， 可以在原有的基础上使数
／ （）对直接从 Ａ Ｄ转换器出 １ 来的量化值求反 时， （）求反后的值为 ０ 直接 ２ 和符号位组合
（）求反后的值不为０ ３ 时 该值加 １ 运算后和符号位组合 经过以上方法预处理的量化值
图２ 提 高数据采集分辫率的信号调理电路
则成为增加了一位分辨率的双极性 互补二 进制编码 （ 下转第 ２ 页） ９
图３ 主程序框图和串 行通讯服务程序框图
表 １ ／ Ａ Ｄ转换器输出的量化值
采样序列
一ＴＩ 几 竹 ｒ４ 巧 Ｔ６ Ｔ７ ＴＳ ，ｌ９ １０ １ｌ ＴＩＺ ｌ３ Ｔ１４ ｌｓ ｒＩ６ ＴＩ７
符号位
认化位
路选择器Ａ ８８ 接人 ＡＤ转换电路， 来自 Ｄ１ ０ ／ 由 过零 比 较器Ａ ８１ 的输出信号对接人 Ａ Ｄ转换电路 Ｄ０４ ／ 的Ｕ 和 Ｕ 信号进行选择。 ， ｍ 。 电路中 各节点信号之间 的关系见图３ 经过具有提高 Ａ Ｄ转换器分辨率的 ／
１第 ３ 卷 第 ４５ 之 ９ ３ｌ ｔ ｔ ｌ ２０ Ｉ 第 ３期 ０ ２ ｔ
电测 与仪表
Ｅｔ ， １ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ＆ Ｉｓ ｕ ｎ ｔ ｎ － － Ｍ ａｕ ｅ ｎ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｉ ｒ ａｏ
４ １ ９ ｕ ３ ．． Ｎ ． ５ ３ ４
Ｍ山 ２Ｘ ２ （）
据采集电路的分辨率提高一位。这可以使整个数据采集系统的性能得到进一步的提高 关键词：／ Ａ Ｄ转换器； 转换器分辨率； 信号调理电路 中图分类号：Ｍ ３＇ 文献标识码： Ｔ ３５． １ Ｂ 文章编号：Ｏ Ｉ１９ （０２０－０６０ ＩＯ－３０ ２０ ）３０３－２
ADDA转换器原理及控制电路设计PPT课件
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电子设计创新开放实验讲义
2.5 DAC的转换精度与转换速度
1. 转换精度
①分辨率：表示DAC对模拟量的分辨能力，它是最低有效位（LSB）所对应模拟 量的值。由于满度值所代表的模拟值在不同的应用中是可变的，因 此分辨率通常用DAC二进制的位数来表示，如8位、10位、12位，有 时也表示成：分辨 1率 LSB1 FSR2n1
电子设计创新开放实验讲义
D/A、A/D转换器原理及控制电路设计
1、 概述 2、 D/A转换器 3、 A/D转换器
22.11.2020
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电子设计创新开放实验讲义
1、 概述
能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称 A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为 数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通 模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。
②转换误差：指实际输出模拟电压与理想值之间的最大偏差。
通常有两种表示方法，即绝对误差、相对误差。
绝对误差：用最低有效位的分数形式表示，如±(1/2)LSB，则它表示最大误差：
VE
1 VFS 2 2n 1
相对误差：用最大误差与满量程电压VFS的百分数表示。例如相对误差为±0.1%，
则表示最大误差：VE=±0.1%·VFS，如果VFS=10V，VE=±10mV。
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③取样—保持电路
电子设计创新开放实验讲义
原理：
①S(t)=1,T٧,VI对CH充电,VO=VI 采样
保持
,VO=VC不变S(t)=0,T②
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电子设计创新开放实验讲义
基于运放的AD输入信号调理电路设计
2. 恒压补偿原理变送器电路 ⑴ 电路原理图
+12 +12 +12 104 104 D2 1N4148 R5 1K D3 1N4148 +5
AD592+ AD592R2 10K
V0
104 -12 VR1 5K R1 3K
104
R4 -12 39K
VR2 5K
100u
D1 3.3V
-12
R3 10K 104
二.放大与平移电路设计
1.运算放大器电流 电压转换电路的平移方案 运算放大器电流→电压转换电路的平移方案 运算放大器电流 ⑴ AD592的恒流补偿电路 的恒流补偿电路 +V i(uA)
273uA 恒流源 AD592
i2 i i1
-V
373 273
200 100
0
T(℃) ℃ i2 = 273uA i2 = 273uA
VR2
R
is i i1 i100
R
-V
V0 (V)
i2
5
V0
0
T(℃) ℃ 100
T = 100℃，i2= i100 - is=100uA，多种原因导致 V0≠5V ℃ ， 解决方法：调整 上的压降， 解决方法：调整VR2，改变 i2 在VR2上的压降，使 ， 上的压降 V0= 5V ---调“满度” 调 满度”
三.设计注意事项
1. 滑动变阻器的使用 电路中电阻的阻值需要调整的可以使用滑动变 阻器。使用中滑动变阻器应串接电阻，使滑动变阻 阻器。使用中滑动变阻器应串接电阻， 器单位旋转角度的阻值变化尽量小， 器单位旋转角度的阻值变化尽量小，以保证调整更 精确，并减小各种因素对阻值稳定的影响。 精确，并减小各种因素对阻值稳定的影响。 2. 稳压二极管的使用 为了获得稳定的电压， 为了获得稳定的电压，可以利用稳压二级管的 反向击穿特性设计稳压电路。 反向击穿特性设计稳压电路。使用中应注意稳压二 极管只有通过一定的电流的情况下， 极管只有通过一定的电流的情况下，才能获得稳定 的电压，应正确计算限流电阻的阻值。 的电压，应正确计算限流电阻的阻值。
信号调理电路的原理、功能
什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能[导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自的模拟信号变换为用于、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。
然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理电路技术1.放大提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围，从而提高测量精度和灵敏度。
此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。
2.衰减衰减，即与放大相反的过程，在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。
这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。
衰减对于测量高电压是十分必要的。
3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。
除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。
4.多路复用通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。
信号调理电路
1．信号调理电路信号调理电路是接口板的重要组成部分，信号精度决定了系统控制性能的优劣。
如果直接采用DSP2812的采样模块进行设计存在以下缺点：只能接收0~3V 的单极性信号输入，对于交流信号需要另外设计限幅抬压电路；同一排序器内各通道串扰严重；12位的转换精度难以满足高性能系统的要求。
综合考虑后，本文选用合众达的DSP2812M电力应用控制板，其AD输入范围为-10V至+10V，12路16位高精度外扩A/D模块能够很好满足用户对采样的需求。
为了最大程度地让信号无失真地进行传输，我们采用的传感器均为电流型，下图为接口电路板上的信号调理电路图。
为了最大限度利用控制板采样电压为正负10V，电流信号由取样电阻转换成电压信号后，经过稳压管（保证输入电压小于10V，保护AD芯片），再加一级运放将电压信号放大至10V后，输入2812控制板，这样既能很好利用开发板也能提高采样精度和准确度。
a）负载电流取样电路原理图b）APF输出电流取样电路原理图c）APF直流侧电压取样电路原理图反向比例运算放大电路放大倍数A=120/1/R R u u i +=RC 滤波电路的时间常数τ=RC=10k ⨯0.1⨯10-6=1ms 。
2．保护电路系统工作过程中，由于外部原因造成逆变模块直流侧电压的抬高甚至电压的飙升，进而影响到系统的补偿性能，甚至危及系统的安全。
同时，如果逆变器的输出补偿电流大于所要补偿的电流值造成过补，也会对整个系统的补偿性能和安全带来危害。
为确保上述状况发生后装置的安全，设置了大功率逆变模块过压过流保护电路，其原理图如图4.13所示a ）直流侧电压过压保护检测电路b ）APF 输出电流过流保护检测电路图4.13 保护电路原理图电压电流信号经电流传感器和电压传感器及取样电路一并转化为输入信号在-10V 到+10V 的电压信号，考虑到采用有效值芯片的成本较高，该论文选择使用整流电路将传感器检测的三路APF 电流信号进行整流后变换成一直流电压信号，后端接一大电容平波，再与LM393比较器芯片进行比较，如果任何一路电流、电压值超过安全设定则保护电路驱动继电器跳闸。
微弱信号调理电路的设计
微弱信号调理电路的设计吕志昂【摘要】介绍了一种由AD620和AD705运算放大器构成的信号调理电路的设计方法。
该电路能将传感器检测出的微弱信号进行放大、滤波等处理，使之成为后续电路能接收的标准信号。
%This paper introduces a signal disposal circuit design method which is composed by AD620 and AD705 operational amplifier. This circuit can enlarge and filter the faint signals detected by sensors, and make it become the standard signal that the subsequent circuit can receive.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2012(031)015【总页数】3页(P17-19)【关键词】集成运算放大器;信号调理;电路设计【作者】吕志昂【作者单位】山东胜利职业学院交通工程分院,山东东营257000【正文语种】中文【中图分类】TP936.9信号调理电路广泛应用在工业控制、仪器仪表等对传感器信号进行检测及处理的应用中。
它是传感器和A/D转换器等后续装置的接口。
它将传感器输出的非常微弱的且受到多种噪声源干扰的低电平信号进行放大、处理、抑制噪声并统一格式，使之成为适合A/D转换器等后续装置要求的信号。
对于不同的被测对象，所采用的传感器的种类很多，对信号调理电路提出了不同的要求。
结合A/D转换器等后续装置的技术指标设计一个性能良好的信号调理电路已经成为系统设计的关键内容。
本文以A1323线性霍尔传感器检测弱磁信号为例，探讨相应的信号调理电路的设计方法。
1 信号调理电路中放大器芯片的选用运算放大器作为信号调理电路中的重要元件，一直为电路设计工程师所重视。
集成运放与调理电路分析
运放性能指标-增益
1. 差模电压增益-A0d
—放大器在开环时输出直流电压增量与输入直流差模电压增量之比，通 常以dB表示：A0=20lg△Uo/△UI(dB)
理想情况 Ao 为无穷大； 实际情况 Ao为 100 ~ 140 dB。
2. 共模抑制比-CMRR 运算放大器的差模电压增益与共模电压增益之比，即为共模抑制比。 CMRR一般用dB来表示。
反相和同相放大电路：输入电压信号必须是单端信号（ single-ended）, 不能差分输入
集成运放本身的输入电阻很高（通常在109以上），但与 外部电阻构成放大电路后，该电路的输入电阻需具体分析。
Null Offset调零：用于调节输入失调。即当输入Vi为零而输 出不为零时，通过调节该可调电阻，使输出为零。这是一种 静态调零，动态漂移无法调节。
用通用运放构成差分放大电路
改进:可以放大差分信号中的Vid(差模信号),并输 出单端信号(容易与后续电路搭配). 不足:输入阻抗 (R1+Rf)低,要求信号源内阻远小 于(R1+Rf),不是任何时候都能满足.
理解差模信号Vid和共模信号Vic和公共端.
Rf R1 Vid • Vic R1 Rf • •
斩波稳零运放
特点：动态补偿输入失调，例如ICL7650
图6-11 ICL7650集成运放 a）引脚功能 b）典型接法
ICL7650工作原理
1、工作过程分两个阶段 • 开关Ａ和Ｂ导通，/Ａ和Ｃ断开， NULL运放检测自己的失调电压，调 节CEXTA的补偿电压． • 开关Ａ和Ｂ断开，/Ａ和Ｃ断开， NULL运放检测MAIN运放的失调电 压，调节CEXTB的补偿电压． 2. 调节过程损失响应速度，适合直 流和低频信号的放大。
一种过载信号调理电路设计
一种过载信号调理电路设计王大伟;任勇峰;单彦虎【摘要】Output signal of accelerometer which is used for over-loading signal test system is often mixed with noise. The mismatch of bidirectional accelerometer and single direction of over-loading signal leads to the full-scale of AD converter cannot be put into full play. Aiming at these problems,a kind of conditioning circuits is developed to re⁃ducenoise,increase signal to noise ratio and regulate signal amplitude accurately. Test results show that stop band attenuation is up to-69.19 dB,when the input frequency is twice of the cutoff frequency. Accuracy of stationary sig⁃nals regulation is controlled within 1%. This circuit has been successfully applied in engineering practice.%在过载信号测试系统中，加速度计感知到的信号常混有噪声，并且过载信号方向没有往复性，而加速度计对正反方向加速度均会作出响应，导致AD转换器量程无法充分利用。
针对上述问题设计了一种信号调理电路，降低噪声，提高信噪比，并对信号进行高精度幅值调理。
信号调理电路的原理、功能
什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能[导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。
然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理电路技术1.放大放大器提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围，从而提高测量精度和灵敏度。
此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。
2.衰减衰减，即与放大相反的过程，在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。
这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。
衰减对于测量高电压是十分必要的。
3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。
除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。
4.多路复用通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。
基于运放的AD输入信号调理电路设计
阻
•R3 取
•平移电路 — 抵3K消 0℃ 取样电压
•电阻R4 VR1 3.3V (2.73V/10K) 12.1K
•R4 取 10K，VR1 取 5K
•增益控制电路 — 控制输出满度电压为
5V •满度输入电压为2.73V 3.73V 1.00V
•电阻R5 VR2 (5V 1V)10K 50K
R1 1 0K
•AD592-
-1 2
1 04
R6
4 7K
-1 2
1 04 -1 2
+5
D2 1 N41 4 8 R7 1K
D3 1 N41 4 8
•V0
•⑵ 电路参数计算
•稳压电路 — 为恒流补偿电路提供稳定的电压
•稳压二极管 D1 工作电流取 3mA
•限流电 R3 (12V 3.3V) 3mA 2.9K
+V
•R1 •i 2 •i
•i
1
-V
•50K
•V2 •V1
•R
•V1=V2=0 •i2= +V/R1 = 273uA •i = i1- i2=i1- 273uA
•V0 (V)
5
•V0
•i(uA)
0
100
•Vo=50×(i1- 273)×10-3
•i1 = 273uA(0℃) •i1 = 373uA (100℃)
•R5 取 47K，VR2 取
10K
•三.设计注意事项
•1. 滑动变阻器的使用 • 电路中电阻的阻值需要调整的可以使用滑动变 阻器。使用中滑动变阻器应串接电阻，使滑动变阻 器单位旋转角度的阻值变化尽量小，以保证调整更 精确，并减小各种因素对阻值稳定的影响。
•2. 稳压二极管的使用 • 为了获得稳定的电压，可以利用稳压二级管的 反向击穿特性设计稳压电路。使用中应注意稳压二 极管只有通过一定的电流的情况下，才能获得稳定 的电压，应正确计算限流电阻的阻值。
提升AD值稳定，各类0.01mV以上模拟量输入的电路设计
提升AD值稳定，各类0.01mV以上模拟量输入的电路设计我相信很多人在设计上都有着丰富的经验，这里推荐几个本人设计并实践过的简单电路，本篇实际是之前一篇文章的细化解释。
希望能通过自己的工作经历给其他同业者一些思路上的参考。
这里介绍的输入主要是π型滤波，这种方式是目前最稳定的小信号输入方式之一，我也争取用通俗的语言把原理描述清楚，这个原理仅代表个人水平与总结，不抵触官方传统说法。
独立供电方式的AD主板，TVS根据情况选装上图是效果非常好的一种常见电路设计，一个单片机加一个AD芯片，通过显示窗口可以读出传感器给出的变化值。
如使用更稳定的电源与精度更高的AD芯片就可以组成一个传统意义上的电子秤电路。
（实际就是一个可以测量变化值的万用表，区别就是数值代表的单位不同）这个电路特点是独立桥压（惠斯登电桥的电源，图中整流电路被简化），这种方式可以避免使用磁珠去隔离模拟地与数字地。
π型滤波不用考虑的太复杂，就是一种具有两级缓冲的平波电路，可以理解成两个T型滤波的组合。
滤波的本意是去除不要的频率与杂波，在这的几个电容目的实际是利用电容端电压不能突变的原理，与电阻配合形成两次过渡时间，以提高输入端对动态冲击变化的稳定性（降低摆幅）。
上图中需要注意的重点：请注意加粗的蓝色线，实际使用时也需这样布线，深蓝色部分禁止与任何电路连接，不能安装图上打叉的磁珠，不能与底板覆铜连接。
单组供电方式的AD主板上图为单电源绕组供电方式的主板，为了避免单片机与AD芯片工作时产生的高频噪声，通过一个磁珠进行隔离。
如果PCB布线能按图操作，磁珠作用其实已没有那么重要了。
磁珠与电感的区别：电感是储能元件，是磁心在内，当然也可以在外的多圈线圈，目的是保持输出电流的持续与隔离部分频率（续流作用与带阻），电感量取值根据负载电流计算，大了小了均不合适（很多抄板的设计员会说都可以，其实也是可以的，这个只有极端情况才能体现出计算值的重要性，能满足电源正常波动区间即可）。
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T = 100℃ i0 = 373uA Vo=18.65V
二.放大与平移电路设计
1.运算放大器电流→电压转换电路的平移方案
⑴ AD592的恒流补偿电路
+V
i(uA)
273uA 恒流源
AD592
i2 373
i 273
200
i1 100
-V
T = 0℃ T = 100℃
0
i1 = 273uA i1 = 373uA
V0 - 5V
Vi(V)
R
- 13.65V
i1=0 i2= i + is - i1= i + is i2= Vi/R1+ Vs/R2 若 R1=R2 i2= (Vi+ Vs)/R1
- 18.65V
Vo= -Rf×i2 = -(Vi+Vs)×Rf/R1 = -(Vi+Vs) ×50
Vs = -Vi0= -0.273V
4. 模拟/数字电源的区分使用 模拟电路与数字电路的电源尽量分开，否则会
产生不良耦合，干扰模拟测量电路的正常工作。
5. 限幅电路设计注意 限幅电路由限幅二极管和限流电阻组成，用于
保护后级电路。限流电阻不可以没有，也不可以太 大，否则会造成信号衰减，影响测量精度。
四.标定原理与标定方法
1.通过标定解决的问题
ΔVi = 0.1V Vo= -ΔVi×Rf/R1= -5V Rf/R1= 50
T = 0℃ Vi=0.273V Vo= -13.65V T = 100℃ Vi=0.373V Vo= -18.65V
⑵ 运算放大器平移电路方案
R2 Vs
Rf
Vi
R1 is V2 i1 i2
i V1
V0 (V)
0.1 0.273 0.373
限流电阻 R3 (12V 3.3V) 3mA 2.9K
R3 取 3K
平移电路 — 抵消 0℃ 取样电压
电阻 R4 VR1 3.3V (2.73V/10K) 12.1K
R4 取 10K，VR1 取 5K
增益控制电路 — 控制输出满度电压为 5V
满度输入电压为 2.73V 3.73V 1.00V
+12
AD592+
AD592-
R2 1 0K
+12 1 04
1 04
+12 1 04
1 04
+5
D2 1 N41 4 8
R5 1K
D3 1 N41 4 8
V0
1 00 u
-1 2 VR1 5K
R1 3K
D1
-1 2
3 .3 V
R4 3 9K
-1 2
VR2 5K
R3 1 0K
1 04
设置T = 0℃，调整VR1阻值，改变取样电压，使V0=0V 设置T = 100℃，调整VR2阻值，改变放大器增益，使V0=5V
设置T = 0℃，调整VR1阻值，改变补偿电流，使V0=0V 设置T = 100℃，改变I→V转换电阻VR2阻值，使V0=5V 以上操作重复2~3遍，标定工作完成。
3.恒压补偿变送器标定原理与方法 ⑴ 恒压补偿变送器电路调“零”原理
+V
i0
V0 (V)
5
Vi
V0
VR1
Es
R3
R4
0
T(℃)
100
T = 0℃，Vi≠0 或其他原因，导致 V0≠0 解决方法：调整VR1，改变 i0 在VR1上的压降 ，使Vi
1 00 u
D1 3 .3 V
1 04 R5 4 7K
VR2 1 0K
AD592+
R1
1 0K
+12 1 04 R2 1 0K
1 04
R6
4 7K
+12 1 04
1 04
+5
D2 1 N41 4 8 R7 1K
D3 1 N41 4 8
V0
AD592-
-1 2
-1 2
-1 2
设置T = 0℃，调整VR1阻值，改变通过VR1电流，使V0=0V 设置T = 100℃，调整VR2阻值，改变放大器增益，使V0=5V
T(℃)
100
Vi=VR+VS=0V Vi=VR+VS=0.1V
⑵ 用同相比例放大电路实现设计要求
VCC
AD592
1K vi
V0 (V)
v1
5
V0
0.273V V1= Vi ,
R1
Rf
0
Vo= V1(1 + Rf /R1)
0.1 Vi(V)
T = 0℃, V1= 0V, Vo= V1×(1 + Rf /R1)=0V T = 100℃, V1= 0.1V, Vo= 0.1×(1 + Rf /R1)=5V
电阻 R5 VR2 (5V 1V)10K 50K
R5 取 47K，VR2 取 10K
三.设计注意事项
1. 滑动变阻器的使用 电路中电阻的阻值需要调整的可以使用滑动变
阻器。使用中滑动变阻器应串接电阻，使滑动变阻 器单位旋转角度的阻值变化尽量小，以保证调整更 精确，并减小各种因素对阻值稳定的影响。
i2 = 273uA i2 = 273uA
T(℃)
100
i = 0uA i 100uA
⑵ 平移后的电流→电压转换电路特性
+V
R1 i2 i
i1
-V
50K
V2 V1
R
V1=V2=0 i2= +V/R1 = 273uA i = i1- i2=i1- 273uA
V0 (V)
5
V0
i(uA)
0
100
Vo=50×(i1- 273)×10-3
i1 = 273uA(0℃) i1 = 373uA (100℃)
Vo=0V Vo=5V
2.电阻取样电路的平移方案
⑴ 电阻取样恒压补偿电路
VCC
Vi(V)
0.373 i
vi 0.273
+
0.200
vR R=1K
-
0.100
vs
0
Vs= -0.273V T = 0℃ T = 100℃
VR = 0.273V VR = 0.373V
V0= 5V ---调“满度”
⑶ 恒流补偿变送器电路标定方法
+12
R1 1K
1 04
D1
VR2
9 .1 V
VR1
R4
1 0K
1 00 u
5K
4 7K
is +12
+5
R2 3 0K
AD592+
D2
1 04
1 N41 4 8
R5 1K
V0
R3
D3
4 7K
1 N41 4 8
1 04
AD592-
-1 2
-1 2
发生变化，并且使V0= 0 --- 调“零”
⑵ 恒压补偿变送器电路调“满度”原
理 +V
V0 (V)
5
i100
Vi
V0
R4
VR2
Es
R3
0
T(℃)
100
T = 100℃，多种原因导致 V0≠5V 解决方法：调整VR2，改变 放大器增益，使 V0= 5V
---调“满度”
⑶ 恒压补偿变送器电路标定方法
V0
⑵ 电路参数计算
稳压电路 — 为恒流补偿电路提供稳定的电压 稳压二极管 D1 工作电流取 3mA
限流电阻 R1 (12V 3.3V) 3mA 2.9K
R1 取 3K
恒压补偿电路 — 提供 3.3V 恒定压降
电阻 R2 VR1 3.3V 273A 12.1K
R2 取 10K，VR1 取 5K
解得：Rf /R1=49
3.反相加法电路实现的平移方案
⑴ 运算放大器实现的反相放大电路
Rf
Vi R1 V2 i1 i2 i V1
R
V0 (V)
0.273 0.373 Vi(V)
V0
- 13.65V
- 18.65V
i1=0 i2=i - i1= i V1=V2=0 i=Vi/R1
i0=0 Vo= -Rf×i = -Vi×Rf/R1
恒压补偿电路 — 提供 273uA 恒定补偿电流
限流电阻 R2 VR1 9.1V 273A 33.3K
R2 取 30K，VR1 取 5K 增益控制电路 — 控制输出满度电压为 5V
满度输入电流为 373A - 273A 100A
电阻 R4 VR2 5V 100 A 50K
R4 取 47K，VR2 取 10K
以上操作重复2~3遍，标定工作完成。
4.加法平移变送器标定原理 ⑴ 加法平移变送器电路调“零”原理
R1
i0
V-
Es VR1
Ri2s
Vi i1
R3
R4
V0 (V)
5
V0
0
T(℃)
100
T = 0℃， is – i1≠0 或其他原因，导致 V0≠0
解决方法：调整VR1，改变 is ，使V0= 0 --- 调“零”
增益控制电路 — 控制输出满度电压为 5V
满度输入电压为 100A12.1K 1.21V
电阻 R4 VR2 5V 1.21V 4.13K
R4 取 39K，VR2 取 5K
3.反相加法平移原理变送器电路 ⑴ 电路原理图
+12
R3 3K
VR1
5K
R4 1 0K
1 00 u
D1 3 .3 V
+12 1 04 R2 1 0K