低功耗电池供电电磁流量计研究与设计 二十八

4.3 电磁流量计信号调理电路

4.3.1 仪用放大电路

在第三章励磁技术的设计中，三值低频矩形波励磁信号的频率为6.25Hz，则感应电动势也为同频率的交变电压信号，即被测信号。传感器和被测流体的阻抗，统称为信号内阻，而且阻值很大（与流体的电导率直接相关），一般为几兆欧姆。为了减小信号电压的损失，使采集的电压信号尽可能多的进入后端测量电路，要求放大器的输入电阻要远远大于信号内阻。由于被测信号属于低频信号，放大电路不能使用阻容藕合放大器进行信号放大，需要频带从零开始的低频直流放大器。那么在选择直流放大器要考虑两个问题：一是前级和后级的静态工作点互相影响，二是零点漂移问题。前级引起的零点漂移电压，再被后级放大，最终将掩盖掉采集到的电压信号做为输出。因此信号调理电路的第一级采用仪用放大器。它由三个集成运算放大器组成，其中两个性能一样的运算放大器构成差动结构。这种结构能够有效抑制零点漂移。仪表放大器是一种高增益、直流耦合放大器，它的特点有差分输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等。仪表放大器所采用的基础部件（运算放大器），它们在性能上与标准运算放大器有很大的不同。标准运算放大器是单端器件，其传输函数主要由反馈网络决定；而仪表放大器在有共模信号条件下能够放大很微弱的差分信号，因而具有很高的共模抑制比（CMR）。 同时由于MSP430单片机是单极性供电，因此片内A/D电压输入也为单极性输入，即0～3.3V，而经过信号处理电路的流量信号为双极性信号，因此必须将信号转换为单极性信号。根据设计要求和电路特点，选用美国MAXIM公司的精度高功耗低，并且增益可调的仪用放大器MAX4194。相比其它放大器，MAX4194的突出特点是供电电压低，非常适用于功耗要求很低或者低电压电源供电的场合。MAX4194低功耗仪表放大器属于三运放拓扑结构。三运放拓扑的真正优势是具有很高的共模抑制比，能够进行真正的差分测量，同时又有非常高的输入阻抗，这些特点使其在许多领域得到了广泛应用，特别是在信号内阻非常高的场合。

由于特性优良，加之体积小，并可通过一个外置电阻方便地设定增益，使其能够广泛应用于信号采集放大、医用仪器及多通道系统等很多领域，可以在低至±1.35V 的电源电压下工作并且静态工作电流很小，是便携式和其它用电池供电系统的理想器件。

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