传感器信号放大器

每个传感器有不同的输出信号和范围。输出的信号可以是电压、电流、电阻、电容或频率，但几乎不存在什么标准，只有专用的工业系统在使用它们。即使同一制造商的类似传感器也可以有不同的输出，而这些差异会给系统设计者带来一些麻烦。设计者选择传感器时必须满足系统的需求。然而，如果在设计期间这种需求出现变化，则传感器也要做出修改。另外，一款输出略有不同的新传感器必须对放大级和滤波级作出改动。
       传感器的模拟信号必须经过数字化才能供系统使用，并且信号要经过放大、滤波和数字化。每一级通常都涉及一只围绕着一些无源元件的器件，以正确地实现一个应用。一旦对信号做了数字化，就可以将其送给微处理器上的控制系统，或整理数据后通过一个通信协议送至一只主处理器。协议可以根据需要使用传感器数据。
　　大多数传感器都输出一个低电平的电流或电压信号，因此一个简单的电阻网络就能将任何电流信号变为一个电压。本文简单描述了一些概念和元件选择过程。
幅度
　　一只传感器的输出可以低至数毫伏，也可以高达数伏特。为做到正确的数字化，对ADC来说信号必须足够大，才能有效地读出。大多数情况下，传感器信号都需要放大。例如，一个典型的K型热电偶输出为41μV/°C，如果你的设计需要1°C的粒度，就需要做相当的放大。因此，必须考虑到ADC的分辨率，以确保能将信号放大到能满足所需粒度。
　　对于放大器还必须考虑另外一个重要规格：偏移电压。偏移电压是一个信号通过放大器时改变的电压量。例如，如果将一个500 mV信号送给一个单位增益（即增益为1）的放大器，偏移电压为10 mV，则得到的输出就是510 mV。如果传感器的输出范围为0至900 mV，而系统不需要非常精密的传感器读数，那么这个偏移就可以忽略不计。如果传感器的范围为450 mV至550 mV，这个偏移可能就不可接受了。偏移电压越小，放大器就越贵。所有放大器都有偏移，但你需要知道系统是否能容忍它。可以用相关双采样方法来降低或消除偏移电压。
       对放大器的选择主要取决于需要的类型，例如是仪表放大器、差分放大器、运算放大器，还是PGA（可编程增益放大器）。另外还必须确定放大器需要的增益大小。放大器周围的电阻网络（带反馈）决定了放大器的增益。理想情况下，标准放大器的最大增益是无限的。给器件的数字信号通常就设定了PGA的增益。这个信号改变了内部电阻网络。一只PGA的最大可能增益为传统放大器的千分之一至二分之一，但大多数情况下这个区间是可以接受。
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