信号调理电路在测压系统中的作用--INA128的内部结

INA128的内部结构图如图5所示。

图5 INA128的内部结构图增益设定

INA128的基本连接中用一个独立的外部电阻RG可以获得的放大倍数为：G=1+50kΩ/RG。

式中50kΩ为INA128内部的两个放大器反馈电阻之和，它们都经过激光校正，具有很高的精度和很小的温度系数，手册给定的器件性能已经包括了它们的影响。外接电阻的精度及温度稳定性直接影响增益，特别是增益较大时(G≥100)，连线及插口的电阻也会对增益带来附加误差。也就是说，式中的RG值应为外接电阻与连线等杂散电阻的总和。

噪声干扰

INA128的内部噪声很小，当G≥100时，0.1Hz到10Hz的低频噪声输出的电压信号大约只有0.2μVp-p,这比目前最新的低噪声斩波放大器还要小很多。为减小外部干扰和电源噪声的影响，应在紧靠电源引脚的地方接去耦电容器。

失调补偿

INA128经过激光校正，因此，失调和温漂都很小，多数情况下无需调整，必要时可对电路进行外部补偿。加电压跟随器将调零电路与仪表放大器加以隔离，维持引脚Ref的低阻抗，保证了放大器良好的共模抑制比。

共模输入信号范围

若输入信号中的共模电压过大时，会使输入放大器饱和。在临界饱和时，VO的输出电压为VO=VCM-VO/2。INA128的线性输入范围大约从电源-1.7V到+1.4V。对于确定的电源电压，输出电压Vo越大，允许的共模信号越小。

低电压运行

INA128的最大特点是适用的电源电压范围很宽。电源电压从±2.25V到±18V变化时，大部分参数仍能维持很好的性能，其具体电路如图6所示。

图6 放大电路原理图

滤波电路设计

压力传感器的信号经过调平衡电路和仪表放大器之后为了达到比较理想的测量效果，往往还需要对信号进行滤波，去除信号中叠加的噪声干扰。本文计划采用二阶压控低通滤波器，实现对压力传感器信号的滤波。测量系统从传感器拾取的信号中，往往包含噪声和许多与被测量无关的信号，并且原始的测量信号经传输、放大、交换、运算及各种其他处理过程，也会混入各种不同的噪声，从而影响测量的精度。这些噪声一般随机性很强，很难分布于频率域中某一特定的频带中。信号分离电路一般利用滤波器从频率域中实现对噪声的抑制，提取所需的测量信号，是各种测量系统中必可少的组成部分。在实际的测试系统中，如果要求我们放大的是微弱的小信号，在放大的同时一些干扰信号也随之放大，严重的影响了我们的测试质量，因此，需要对原始信号进行预处理。前置滤波电路(抗混叠滤波器)是我们削弱噪声一种常用手段。滤波器的主要功能是让指定频段信号能较顺利地通过，而对其它频段信号起到衰减作用。在高冲击场的测试中，前期需要抑制的主要是高频信号，以避免在一定的采样频率下造成信号频谱的混叠。需要设计低通滤波器来进行预处理。低通滤波器的作用是使高频信号尽可能的衰减，而使有用的低频信号顺利通过。

滤波器的类型

按照所处理信号形式的不同，滤波器可分为模拟与数字两大类。二者在功能特性方面，有许多相似之处，在结构组成方面有又有很大的区别。前者处理对象为连续的模拟信号，而后者则为离散的数字信号。

滤波器对不同的频率的信号有三种不同的选择作用：

(1) 在通频带内信号受到很小的衰减而通过。

(2) 在阻带内使信号受到很大的衰减而抑制。

(3) 在通带和阻带之间的一段过渡带受到不同程度的衰减。

滤波器对不同频率带在全频带中分布的位置不同，可实现对不同频率信号的选择作用。根据所选择的频率滤波器四种类型即：高通、低通、带通、带阻。此外还有一种全通滤波器，各种信号都内能够通过，但相位有不通的变化，他实际是一种移相器。根据电路的组成又可以分为LC无源滤波器、RC无源滤波器、LC有源滤波器和RC有源滤波器。根据传递函数则可分为一阶滤波器，二阶滤波器和高阶滤波器。

电源电路介绍与信号调理电路的仿真

任何电子设备都离不开电源，为了使压力传感器中的惠斯通电桥能够正常工作，我们需要提供比较准确的电源，并且其纹波电压一定要非常小。

电源电路的作用

电源控制技术是放入式电子测试仪器实现低功耗的关键技术。简言之，即电路在需要工作时给其供电，在不需工作时断电，减小电路无效操作时功耗的比例。此时系统有多种电源供电，采用单电池电源实现多分支电源网络管理，使得系统各功能模块的电源相对独立供电，在不工作时可以分别断电，以节省功耗，但此时需要注意带电部分和不带电部分的兼容问题。

电源芯片的选择

目前比较常用的电源芯片有7325、7333、7350、AD587等，这些电源芯片分别能够输出稳定的2.5V、3.3V、5V、10V电压，通过旁路电容的设计，其纹波电压较小，比较适合用来做电源控制电路。

电桥采用恒压电源供电时必须保证供电电压在采样频率，负载等诸多外部环境改变的情况下保持高度稳定，在实际应用中不使用专门的稳压电源很难做到这一点，因此，本设计中采用LP2987作为专门的电源。