运放可变增益应用中如何做到偏移电压不放大

只看该作者 · 2015-1-28 19:50

先描述一下应用背景，ICP加速度传感器输出的是交流电压信号，灵敏度在500mV/g左右。也就是说加速度0.1g~10g变化时，输出电压幅值为50mV~5V，而后级ADC芯片可接受信号电压范围为-10V~10V，显然当对于ICP加速度传感器的输出信号要进行可变增益的放大，一般设置为3种不同的增益：1倍、10倍、100倍，从而使得放大后的信号幅值在5V左右，达到ADC的半量程。

关于此处的可变增益的放大电路设计是个麻烦的事:
（1）如果采用双电源供电方案，那么设计难点在于双电源供电方案的实现，由于系统比较大，这样会导致电源种类增多变得复杂，因此倾向于单电源供电方案；
（2）如果采用单电源供电方案，那么设计难点在于运放电路的实现，对于单电源供电情况，设置偏置电压以保证输出信号都在0电位以上，这种做法对单一固定增益的放大都是奏效的，如图所示：Vout = （Vref - Vin）*Rf/Rg，他应该要满足：0 < Vout < Vcc，根据此条件选择相关参数。

现在问题来了：
对于可变增益的应用，上述处理方法将失效。结合先前的应用场合，希望ICP的信号经过放大后为 Vout = K * Vicp + 5V；K =1， 10，100；
主要麻烦就在于如果做到在增益改变的前提下，做到偏移电压恒为5V。
请教大家有没有什么好的解决办法？谢谢！

1万 · 2015-1-28 20:12

这和万用表里的分档一样的，同时改变相应的电阻值。

只看该作者 · 2015-1-28 20:18

shalixi 发表于 2015-1-28 20:12
这和万用表里的分档一样的，同时改变相应的电阻值。

您说的是如何改变增益的方法吗？改变增益是可以通过切换不同的反馈电阻。
但是改变增益也会影响到偏置电压的增益啊。
或者你说的是同时改变相应的输入偏置电压，使得 5V * （增益的倒数）*增益 = 5V * 1 = 5V
是吗？

1万 · 2015-1-28 20:29

反馈和偏置的相关电阻（4个，起码是2个）。

只看该作者 · 2015-1-28 20:36

shalixi 发表于 2015-1-28 20:29
反馈和偏置的相关电阻（4个，起码是2个）。

是的，这样应该对应3种不同的增益，每种增益要改两个电阻，也挺麻烦的哦。

1万 · 2015-1-28 20:47

xia_os 发表于 2015-1-28 20:36
是的，这样应该对应3种不同的增益，每种增益要改两个电阻，也挺麻烦的哦。 ...

搞程控多路开关。既然是自动可变增益，一定有CPU，实现不难。倒是其他有很多麻烦事碰到的。

只看该作者 · 2015-1-28 21:37

shalixi 发表于 2015-1-28 20:47
搞程控多路开关。既然是自动可变增益，一定有CPU，实现不难。倒是其他有很多麻烦事碰到的。 ...

是的，运放和ADC确实还有很多细节要小心。

但是我发现这个方法有个bug：
假设增益有3种：1、10、100，结合ADC单电源电压为10V
那么3档对应的偏置电压为5V、0.5V、0.05V，当
ICP产生的信号为 -2V~2V，偏置电压应选择5V，增益选择1，则最后输出信号为 3V~7V
ICP产生的信号为 -1V~1V，偏置电压应选择5V，增益选择1，则最后输出信号为 4V~6V

ICP产生的信号为 -0.7V~0.7V，偏置电压应选择5V，增益选择1，则最后输出信号为4. 3V~5.7V
ICP产生的信号为 -0.5V~0.5V，偏置电压应选择0.5V，增益选择10，则最后输出信号为 0V~10V

ICP产生的信号为 -0.1V~0.1V，偏置电压应选择0.5V，增益选择10，则最后输出信号为 4V~6V
...
从上面的简单分析，可以看出针对ICP产生的不同信号，选择相应的偏置电压和增益，但是每次输出的电压摆幅（最大值-最小值）不一样，应该对性能会有不同的影响。

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我理想状况是，Vout = 100*Vin + 5，使得最后输出电压范围都为0V~10V，整个摆幅比较大比较固定。其实，我还是非常想知道有没有其他的解决方案。也许，有时候“笨方法”就是唯一的方法。

谢谢了。