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1、毕业设计（论文）题 目 宽带直流放大器的设计制作 姓 名 学 号 专业班级 所在学院 信电学院 指导教师（职称） 二一 年 三 月 二十五 日宽带直流放大器的设计制作【摘要】 宽带放大器以其低噪声、低非线性失真以及良好的匹配性等特点，成为现代无线接入技术和远程通信系统中的一种极为重要的放大器类型，在一些特殊的应用中，我们常希望输入信号的幅值接近 AD的输入电压量程的上限。工程上常采取改变放大器增益的方法对幅值大小不一的信号进行放大。在计算机数控系统中，为实现不同幅度信号的放大，往往不希望、甚至也不可能利用手动方法来实现增益变换。利用程控放大器可以很好地解决上述问题。本设计使用宽带低噪声放大器O
2、PA642以正向放大器形式级联，用单片机控制模拟开关ADG508选择不同增益，以实现增益的手动控制。该放大器达到以下指标：增益范围为0-40dB。增益调节步进为5 dB。带宽可设置。LED显示放大器的的增益输出量。该放大器也可以手动增益可调。该放大器能很好的应用在多种信号变换场合。电压增益AV40dB，输入电压有效值Vi20mV。AV可在040dB范围内手动连续调节。可以按照5dB步进调节。最大输出电压正弦波有效值Vo1V，输出信号波形无明显失真。3dB通频带01MHz。放大器的输入电阻50欧姆。 【关键词】 宽带，程控，放大器，增益可变，步进调节The of Design A Wideban
3、d DC Amplifier【Abstract】The characteristics such as low-noise,low nonlinear,distortion and good matching let the broadband amplifier becomes an extremely important amplifiers type in modern wireless access technologies and telecommunications systems.Which mainly used in the video signal, pulsing sig
4、nal or the amplification of RF signals.Wideband DC Amplifier mainly used for measuring instruments.However, in some special applications, we often want the input signal amplitude close to the range limit of A/D input voltage.engineering project often uses the method that change the gain when the sig
5、nal amplitude is different.In computer numerical control systems,For the realization of different amplitude signal.We cant use manual methods to the change gain.Using program-controlled amplifier can solve the problem.In this paper, The design uses the low-noise wideband amplifier OPA642 which is Ca
6、scaded. Using the SCM Controls the ADG508 analog switch to achieve the manual gain controlling. The range of gain is from 0 to 40.Adjustment step of gain is 5dB.Bandwidth can be set.Using the 7-segment digital to display the gain.The amplifier can also manually adjust the gain.The gain greater than
7、40dB.RMS input voltage less than 20mV.In the ranger from 0dB to 40dB,the gain can manual adjust 3dB pass-band is from 0HZ to 1MHz. Amplifiers input resistance greater than 50 ohms.【Key Words】 Wideband，programmable，amplifier，variable gain，stepping adjustment 目 录第1章 绪论11.1 放大器的简介11.1.1 放大器的现状11.2 宽带放大
8、器简介21.2.1 宽带放大器的定义21.2.2 宽带放大器的参数31.3 课题的要求51.3.1 课题的设计思路51.3.2 课题研究的重点难点61.4 课题的选题背景61.4.1 课题的研究意义7第2章 理论分析与参数计算82.1 增益控制的分析82.1.1 OPA642的介绍82.1.2 OPA642的接法102.1.3 增益控制的相关计算133.2 增益控制的相关电路143.2.1 ADG508的介绍152.2.2 增益控制的电路设计16第3章 系统各模块的设计183.1 调零电路的介绍183.1.1 偏置改善方法183.1.2 零点调节的方法183.1.3 调零电路的设计193.2
9、检波模块的设计203.2.1 TLC1549的简介203.2.2 检波电路的设计24第4章 单片机控制与程序254.1 单片机控制模块254.1.1 89C51单片机的介绍254.1.2 单片机的接线264.2 程序的设计274.2.1 按键扫描程序的编写294.2.2 显示程序的编写314.2.3 放大器控制程序的编写34第5章 硬件的制作与调试355.1 硬件的制作355.1.1 放大器模块的制作与调试355.1.2 程序控制模块的制作与调试365.2 测试结果36结论37参考文献38附录40附录A 主要程序40致谢45图目录图1.1 系统的主要结构6图2.1 OPA642的封装10图2.
10、2 同相型可变增益放大器的电路(a)11图2.3 同相型可变增益放大器的电路(b)11图2.4 OPA642的外围电路12图2.5 OPA642作为程控宽带放大器的电路13图2.6 ADG508的原理15图2.7 ADG508AKN封装引脚图16图2.8 ADG508在本设计中的接线17图3.1 调零电路的设计19图3.2 TLC1549引脚图21图3.3 TLC1549功能结构图22图3.4 TLC1549的时序图22图3.5 连续逐次逼近系统采样模式23图3.6 检波电路24图4.1 单片机引脚图26图4.2 单片机最小系统26图4.3 数码管动态显示27图4.4 按键电路27图4.5 程
11、序的总体流程图28图4.6 步进按键扫描流程29图4.7 动态显示的流程图32表目录表2.1 各级选择不同电位器对应的增益14表2.2 各级增益选择14表2.3 ADG508的控制表15表5.1 各级的输入输出的电压值35表5.2 各增益状态下的输出36第1章 绪论1.1 放大器的简介一般而言，放大器（Amplifier）是任何使用较小的能量来控制较大能量的器件。现在，在日常使用中，这个名词常常是指电子放大器，经常用于音频应用中。一个放大器的输入输出关系常常表示为一个与输入频率相关的函数称为放大器的传输函数，同时这个传输函数的系数定义为增益1。1.1.1 放大器的现状在90年代初期国内生产的运
12、算放大器，基本上是741为代表的双极型运放，而Bi-JPET、Bi-MOS、Bi-CMO及LinCMOS型运放基本处于于试制阶段。性能也较差，多数品种没有生产出批量性的产品投放市场，有的甚至还没有开展工作。就连国内生产的部分双极型运放-也未完全解决温漂，时漂和可靠性等方面的问题。部分低功耗宽带运放也来完解决振荡问题。造成依靠国外进口或买国外的芯片进行封装的局面，甚至741也大量进口。致使国内生产的部分运放停在国外六十年代末或七十年代初的术平2。究其原因，有设计、工艺上的问题也有封装上的问题。但是随着改革开放的推进近年来国内也有进行先进放大器技术的研究，如中科院就曾研发了一款0.18微米CMOS
13、工艺的超宽带低噪声放大器，这是国内首个采用018微米工艺的UWB放大器3，在全球也是领先的。现在国外放大器的研究现状是使用更高的工艺制造出可靠性更强成本更低的产品；让放大器朝着更高的带宽，更低的功耗的方向发展，例如富士通采用45nm工艺开发出适用于功率放大器的CMOS逻辑高压晶体管4。运算放大器历经数十年的发展,从早期的真空管演变为现在的集成电路,根据不同的应用需求主要分化出通用型、低电压/低功耗型、高速型、高精度型四大类运放产品5。一般而言,高速运放主要用于通信设备、视频系统以及测试与测量仪表等产品;低电压/低功耗运放主要面向手机、PDA等以电池供电的便携式电子产品;高精度运放主要针对测试测
14、量仪表、汽车电子以及工业控制系统等6。未来高速运放有望取代通用运放成为主流产品,但从整体看,各类运放的市场规模都将呈现增长态势7。便携式音频/视频播放器、无线通信、医疗成像、工业和仪器仪表等应用领域都将为下一代运放创造新的机会。 对于蜂窝电话和便携式多媒体应用,要求放大器具有小巧的物理尺寸;兼容低电压;待机状态下具有最低的功耗;抑制电源噪声,尤其对蜂窝电话而言;具有高效率,能提高电池使用寿命。这些特性上的要求需要采用先进的亚微米CMOS 或 BiCMOS工艺技术(0.5m to 0.18m)以及先进的封装技术,例如倒装芯片8。 1.2 宽带放大器简介1.2.1 宽带放大器的定义宽带放大器（wi
15、de-band amplifier）：工作频率上限与下限之比甚大于1的放大电路。习惯上也常把相对频带宽度大于2030的放大器列入此类。这类电路主要用于对视频信号、脉冲信号或射频信号的放大9。用于电视图像信号放大的视频放大器是一种典型的基带型宽带放大器，所放大的信号的频率范围可以从几赫或几十赫的低频直到几兆赫或几十兆赫的高频。这类放大器通常以电阻器为放大器的负载，以电容器作级间耦合。为了扩展带宽，除了使其增益较低以外，通常还需要采用高频和低频补偿措施，以使放大器的增益-频率特性曲线的平坦部分向两端延展10。可以归入宽带放大器的还有用于时分多路通信、示波器、数字电路等方面的基带放大器或脉冲放大器（
16、带宽从几赫到几十或几百兆赫），用于测量仪器的直流放大器（带宽从直流到几千赫或更高），以及音响设备中的高保真度音频放大器（带宽从几十赫到几十千赫）等。用于射频信号放大的宽带放大器（大多属于带通型），如雷达或通信接收机中的中频放大器，其中心频率为几十兆赫或几百兆赫，通带宽度可达中心频率的百分之几十11。国内的CMOS工艺水平也在的不断提高，晶体管的特征频率已近百吉赫兹。现在常用的宽带直流放大器带宽是从直流到几千赫的水平12。最新型的宽带放大器的带宽已经远远的超越了传统的产品，TI新款宽带电流反馈放大器可提供大于450MHz的带宽13。类似这些应用了新技术的产品层出不穷，推动着科技的进步。1.2.2
17、 宽带放大器的参数放大器的特性可以由下列参数来描述。（1）增益：增益是指放大器能在多大程度上增大信号的幅值。该参数常用分贝（dB）来度量。 用数学语言来说，增益等于输出幅值除以输入幅值。（对功率放大器而言，用分贝表示的增益可以由此关系式计算：G(dB)=10log(Pout/Pin)(Electrical)）。（2）理想频率特性：增益为常数，相移与频率成正比。 即放大器对不同频率的信号具有相同的放大量，并且对任何频率的信号的相移均为零。（3）输出动态范围：输出动态范围，常用dB为单位给出，是指最大与最小有用输出幅值之间的范围。因为最低的有用幅值受限于输出噪声，所以称之为放大器的动态范围。（4）
18、带宽与上升时间：放大器的带宽（BW）常定义为低频与高频半功率点之间的差值。因而也就是常说的-3dB BW。有时也定义在其它的响应容差下的带宽 （-1dB，-6dB等等。）。 举例来说，一个好的音频放大器的3dB带宽将在二十赫兹到两万赫兹左右（正常人的听觉频率范围）14。放大器的上升时间是指当阶跃信号输入时，输出端由其最终输出幅度值10%变化到90%时所化的时间。 对于高斯响应系统（或一个简单的RC振荡回路），上升时间表达式为公式1.1。Tr * BW = 0.35, 其中 BW 的单位是Hz，Tr 的单位是秒。(1.1)（5）建立时间与失调：是指输出幅值建立于最终幅值的某个比值（比如0.1%）
19、以内时所花的时间。（6）回转率：回转率(slew rate)是指输出电压变量的变化率，常定义为伏特/每秒（或微秒）。（7）噪声：是对在放大过程中引入噪声多少的一个量度。噪声是电学器件和元件中不受欢迎却无法避免的。噪声由放大器零输入时输出的分贝或输出电压峰值来度量。（8）效率：效率用来量度多少输入能量是应用于放大器输出的。甲类（A类）放大器效率十分低下，约在10-20%之间，最大不超过25%。现代甲乙类（AB类）放大器一般效率都在35-55%之间，理论值可达78.5%。有报道说商用的丁类（D类）放大器的效率可高达97%。放大器的效率限制了总功耗中有用部分所占的比例。注意，效率越高的放大器散热量越
20、小，通常在几个瓦特的设计中也无需风扇。（9）线性度：理想放大器应当是完全线性器件，但是实际的放大器仅在某些实际限制下是线性的。当驱动放大器的信号增大后，输出也随之增大，直到达到某个电压值，使得放大器的某部分达到饱和从而不能再增大输出了，称之为截止失真(削峰失真)。有些放大器在设计中通过某种可控途径来解决这个问题，即以牺牲增益为代价换取较小的失真。其结果是一种补偿效应，即（如果放大器是音频放大器的话）大大减少听起来不悦耳的声音。对于这些放大器，其增益比小信号时小1dB时的输入功率（或输出功率）定义为1dB补偿点。线性度是一个关键的问题，目前有很多技术来避免非线性带来的影响，比如前馈、预矫正、后矫
21、正、包迹抑制还原（波包消除重建）、用非线性元件实现线性放大（LINC）、CALLUM、Cartesian 反馈。1.3 课题的要求设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源，该放大器能实现直流以1MHz以内的交流信号的可变增益输出。增益范围为0-40dB。增益调节步进为5 dB。带宽可设置。LCD显示放大器的的增益输出量。该放大器也可以手动增益可调。该放大器能很好的应用在多种信号变换场合。课题要求：（1）电压增益AV40dB，输入电压有效值Vi20mV。AV可在040dB范围内手动连续调节。可以按照5dB步进调节。（2）最大输出电压正弦波有效值Vo1V，输出信号波形无明显失真。（3）3d
22、B通频带01MHz。（4）放大器的输入电阻50欧姆。1.3.1 课题的设计思路要实现程控直流放大，就需要研究并设计以下几个部分：+5V与-5V的直流稳压电源，放大模块，调零电路，检波电路，单片机。由直流稳压电源提供放大器的直流偏置电压，由高带宽的运算放大器与模拟开关组成放大模块，若单极放大器增益不能满足要求,可以通过级联的方式提高放大器的增益。为了避免零点漂移，再加上调零电路，经过由二极管与电容组成的检波电路进行峰值检波，通过模数转换以后采集到单片机，单片机控制数码管显示增益，单片机通过按键的选择控制模拟开关的选通来控制增益的选择以达到程控的功能。系统的主要结构如图1.1所示。信号输入第三级放
23、大第一级放大第二级放大调零电路检波单片机控制显示按键控制信号输出图1.1 系统的主要结构1.3.2 课题研究的重点难点研究的重点是在带宽如此大的情况下要保证增益的稳定性，放大器和外围器件选择的是否符合条件时十分重要的。在器件选择正确的情况下，放大器的调零与增益的调试也是一个十分花费精力的工作，需要耐心且仔细的完成。既然是程控放大器，程序的编写也十分重要，能否准确有迅速的控制放大电路正常的工作对编程的技巧是一个考验。整体电路的调试对模拟电路的知识也有着很高的要求。放大器各级间的耦合，后一级对前一级输出阻抗的影响都是十分难解决的问题。众所周知，模拟电路是十分容易受到外界因素影响的，即使方案是正确可
24、行的，也会因为环境问题，制作水平，调试技巧等外界因素的作用影响测试的结果，这对于我这样实际工作经验缺乏的学生来说是最大的挑战。1.4 课题的选题背景随着信息技术和微电子技术的发展，宽带通信已成为现代通信技术的主流。根据使用要求由程序控制改变放大器的增益，具有控制方便，线性度高，稳定可靠等优点。1.4.1 课题的研究意义宽带放大器以其低噪声、低非线性失真以及良好的匹配性等特点，成为现代无线接入技术和远程通信系统中的一种极为重要的放大器类型，主要用于对视频信号、脉冲信号或射频信号的放大。宽带直流放大器（带宽从直流到几千赫或更高）主要应用于用于测量仪器。然而在一些特殊的应用中，我们常希望输入信号的幅
25、值接近 AD的输入电压量程的上限。工程上常采取改变放大器增益的方法对幅值大小不一的信号进行放大。在计算机数控系统中，为实现不同幅度信号的放大，往往不希望、甚至也不可能利用手动方法来实现增益变换。利用程控放大器可以很好地解决上述问题。程控放大器是根据使用要求由程序控制改变增益的放大器，具有控制方便，线性度高，稳定可靠等优点。程控放大器是一种放大倍数由程序控制的放大器，也称为可编程放大器。就每个通道的数据采集而言，还可实现自动控制增益或量程自动切换，随着电子技术和计算机技术的发展，程控放大器有着广大的应用前景，并将朝着集成化、智能化、多功能化方向发展。可见程控宽带放大器在实际的生产工作中已经被广泛
26、的运用，这是放大器的发展趋势，作为一个信息电子专业的学生，了解并掌握它的工作原理，并在实践中检验自己的知识水平，是一件十分有意义的事。第2章 理论分析与参数计算2.1 增益控制的分析增益控制电路是由宽带低噪声放大器OPA642与8路模拟开关ADG508这两个主要原件构成的。2.1.1 OPA642的介绍为了实现直流以1MHz以内的交流信号的可变增益输出，增益范围为0-40dB。放大部分采用OPA642作为放大器，OPA642是宽带，低失真，低增益运算放大器，拥有400MHZ的带宽，开环增益有95dB，在以同相放大器形式工作时有较高的带宽15。OPA642特点：(1)低失真：在5MHz为- 95
27、dBc；(2)增益为+1时带宽为400MHZ；(3)使用SOT23 - 5封裝；(4)高开环增益：95dB；(5)高共模抑制：90dB；(6)低噪声：2.7nV /Hz；(7)高输出电流：60mA；(8)极低差分增益/相位误差：0.007/ 0.008 ；QPA642的应用：(1)ADC / DAC的缓冲放大器；(2)低失真中频放大器；(3)高分辨率成像元件；(4)医学影像元件；(5)低噪声前置放大器；(6)高CMR差分放大器；(7)测试仪器；(8)专业音响。OPA642提供了一系列以前在单片运算放大器无法实的现动态速度和水平。使用单位增益稳定电压增益级的两个内部反馈结构，实现了在宽频率范围极
28、低的谐波失真。“经典”的差分输入提供了偏置电流，非常低噪音，反相电流精度如同其他OP放大器，比如宽带运算放大器，电流反馈运算放大器。快速建立时间，优良的差动增益/相位性能，低电压噪声和高输出电流驱动，使OPA642成为在高动态范围的理想选择。绝对最大额定值：(1)供电：6.0VDC；(2)内部功耗：见热分析；(3)差分输入电压：1.2V；(4)输入电压的范围：VS；(5)存储温度范围：-40C至+125C；(6)引脚温度（焊接，10秒）：+300C。OPA642的封装如图2.1。图2.1 OPA642的封装2.1.2 OPA642的接法在图2.2，由于运算放大器的输入阻抗很高,尤其对于场效应输
29、入型运算放大器, 输入阻抗可达1012,因而开关的导通电阻对放大器增益的影响可以忽略不计。在图2.3 中,利用运算放大器的高开环增益特性和负反馈,开关的导通电阻对增益的影响基本上得以消除。该类电路的优点是开关导通电阻对电路的增益影响小,因此特别适用于采用模拟电子开关控制的场合。电路的不足之处是放大器增益不能小于1 ,因此不能对输入信号进行衰减,解决办法是在前级加入无源衰减网络16。由于图2.2的方法的增益控制范围比较大，所以采用图2.2的联接方式。图2.2 同相型可变增益放大器的电路(a)图2.3 同相型可变增益放大器的电路(b)采用单级放大20dB,三级级联，增益最大可达60dB，大于题目所
30、要求的40 dB。OPA642作为宽带低噪声放大器时，外围电路如图2.4所示：图2.4 OPA642的外围电路在本设计中为了实现增益可控，负反馈电路采用多个可调电阻由模拟开关选择控制17，如图2.5所示：图2.5 OPA642作为程控宽带放大器的电路2.1.3 增益控制的相关计算作为宽带放大器是OPA642的接法为同相放大器，采用单级放大20dB,三级级联，增益最大可达60dB，大于题目所要求的40dB。参考了OPA642同相放大器的电路图，利用虚短路虚开路计算得增益，见公式2.1。 Av=， (2.1)令R3=Rs=1K欧姆，得公式2.2。 Av=，Av(db)=20logAv。 (2.2)
31、取R2=2.4K欧姆，得公式2.3。 Rf=（3.4Av-1）K欧姆。 (2.3)确定放大器的类型和工作方式以后为了实现5dB步进就需要使用模拟多路复用器对放大信数进行选择，在这里我打算使用一个8选1多路模拟开关，拥有足够大的带宽，可用来选通不同阻值的电阻来进行组合，借此实现对增益的控制。可以跟据控制为不同的电平组合来选通x0x7中任意一路输入，因此可由单片机对其进行控制以达到程控放大的目的18。图2.5中，四个电阻分别为Rf1Rf4，总共有3级级联，总放大倍数Av(db)= Av1(db)+Av2(db)+Av3(db)。每一级选择不同的阻值，每一级的增益也会不同，如表2.1，然后3级相加最
32、多能组合出0-60 dB，步距为5dB的增益。表2.1 各级选择不同电位器对应的增益序号第一级第二级第三极Rf1手动手动手动Rf 20dB0dB0dBRf 35dB10dB15dBRf 420dB20dB20dB课题要求增益能从0-40 dB步进需要依靠单片机程序控制完成，每种增益状态下选择不同的电位器，总增益由每一级不同增益叠加，各级增益选择如表2.2：表2.2 各级增益选择增益（dB）第一级第二级第三极手动可调手动(RF1)手动(RF1)手动(RF1)00dB(RF2)0dB(RF2)0dB(RF2)55dB(RF3)0dB(RF2)0dB(RF2)100dB(RF2)10dB(RF3)0
33、dB(RF2)150dB(RF2)0dB(RF2)15dB(RF3)2020dB(RF4)0dB(RF2)0dB(RF2)255dB(RF3)20dB(RF4)0dB(RF2)3020dB(RF4)10dB(RF3)0dB(RF2)3520dB(RF4)0dB(RF2)15dB(RF3)4020dB(RF4)20dB(RF4)0dB(RF2)3.2 增益控制的相关电路为了实现5dB步进就需要使用模拟多路复用器对放大信数进行选择，在这里我打算使用ADG508，ADG508是一个8选1多路模拟开关，拥有足够的带宽，可用来选通不同阻值的电阻来进行组合，借此实现对增益的控制。3.2.1 ADG508的
34、介绍ADG508是一个8通道的CMOS多路模拟开关，ADG508可以选择8个输入中的任意一段由一个输出端输出，由3个地址位与一个使能位控制。ADG508拥有十分宽的供电范围，从10.8V到16.5V。工作温度-40C到+85C19。可靠性非常强，而功耗只有28mW。ADG508的工作原理图如图2.6所示。图2.6 ADG508的原理EN为使能端，高电平有效，S1-S8为多路输入，有A2,A1,A0控制。D为输出。A2,A1,A0与输出的关系见表2.3，其中“X”表示任意值。表2.3 ADG508的控制表A2A1A0EN输出XXX0无0001S10011S20101S30111S41001S51
35、011S61101S71111S8ADG508AKN为DIP16封装，封装引脚图见图2.7。图2.7 ADG508AKN封装引脚图2.2.2 增益控制的电路设计ADG508在本设计中用来控制OPA642的增益，以实现增益的动态调节，由于放大器采用采用多级级联，所以输入通道仅需使用4个，剩余的4个用作将来扩展使用，如果增益调节的步距精度要求更高可以扩展实现。由单片机控制地址位A0-A1，由于ADG508采用TTL和5VCMOS的正逻辑，所以可以直接用单片机的I/O来控制20。接线如图2.8所示。图2.8 ADG508在本设计中的接线第3章 系统各模块的设计3.1 调零电路的介绍当OP放大器的输入
36、信号为零时，输出也完全为零就是理想的。但是，实际的放大器一定会产生一些误差。输入为零时，输出出现的电压称为输出的偏置电压。偏置电压随温度、时间等一起变化的情况称为零点漂移。制作直流放大器时，如何抑制这个偏置就成了大问题了。OP放大器的第一级为使用晶体管或FET的差动放大器。差动放大器的电路左半部和右半部是对称的，左右两边产生的影响会互相抵消。即使左右两边是同样的晶体管，也不一定所有的特性都一样。极小的差会被放大并出现在输出中，这些成为来自零点的误差，即偏置21。3.1.1 偏置改善方法方法一，在接地端加上一个电阻Rc，这种方法在作为高Rf使用了偏置较大的OP放大器之类的条件时，才会有很大的效果
37、。在相反的条件下，Rc什么作用都没有。这种情况下，最好省略Rc，相应的减少零件，电路才更可靠21。方法二，尽可能的减小负载。即使在额定工作条件下OP放大器也会非常热。即使温度系数相同的放大器，从室温到运转温度的差越大，通断引入后的漂移就越大。另外，输入、负载一旦变化，就会引起温度变化，成为漂移的原因。给OP放大器加上散热片也能在某种程度上得到改善21。由于第一种方法简单实用，在这里我选择方法一。3.1.2 零点调节的方法一般有三种方法：1.使第一级的集电极电流平衡；2.从恒定的电流源向反相输入加一定的电流；3.给输入加调节电压。因为第三种方法在调节时相对比较灵活，所以选择方法三。3.1.3 调
38、零电路的设计当OP放大器的输入信号为零时，输出也完全为零就是理想的。但是，实际的放大器一定会产生一些误差。输入为零时，输出出现的电压称为输出的偏置电压。偏置电压随温度、时间等一起变化的情况称为零点漂移。为了消除这种漂移，使用与放大模块相同的放大器OPA642做一个差分放大器，如图3.1所示。图3.1 调零电路的设计经放大模块放大后的信号由正端输入，调节R00使增益为1dB，调节Rb，Rc，在负端产生一个+5V到-5V之间的压降，以修正0点的漂移。3.2 检波模块的设计通过检波与A/D采样获得放大后的信号，与理想值比较是否符合要求。3.2.1 TLC1549的简介A/D转换芯片TLC1549是由
39、美国德州仪器公司（TI）生产的10位模数转换器。它采用CMOS工艺，具有内在的采样和保持，采用差分基准电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，总不可调整误差达到1LSB（Last Significant Bit最低位，即：第0位）Max（4.8mV）等特点。其工作原理如下：在芯片选择（CS）无效情况下，I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT处于高阻状态。当串行接口把CS拉至有效时，转换时序开始允许I/O CLOCK工作并使DATA OUT 脱离高阻状态。串行接口然后把I/O CLOCK序列提供给I/O CLOCK并从DATA OUT 接收前次转换结果。I/O CLOCK从主机串
40、行接口接收长度在10和16个时钟之间的输入序列。开始10个I/O 时钟提供采样模拟输入的控制时序22。TLC1549特点：10位分辨率A / D转换器；固有的采样保持；未经调整的总误差1 LSB的最大值；片上系统时钟；终端兼容TLC549和TLV1549；CMOS工艺。引脚图如图3.2所示，功能结构图如图4.3管脚说明。图3.2 TLC1549引脚图ANALOG IN (2):模拟信号输入。驱动源阻抗应该是3月1日千瓦。外部驱动源的模拟,应该有一个电流能力。一十毫安。CS (5):芯片选择。高向低过渡的政务司司长重置内部计数器和控制，使数据和I / O时钟内最大的一个设置时间加上两个属于边缘内
41、部系统时钟。低到高过渡禁用I / O时钟设置时间内下降的边缘加两国的内部系统时钟。DATA OUT (6):这3态串行输出的A / D转换结果是在高阻抗状态时，政务司司长高，积极当政务司司长低。以有效的芯片选择，数据是从高阻抗状态，并驱车前往相应的逻辑电平的最高有效位价值先前的转换结果。下一个下降沿的I / O 时钟驱动器DATAOUT的逻辑水平相应的下一个最重要的一点，其余位转移，以便与LSB的出现在第九届下降沿的I / O时钟。十下降沿的I / O时钟，数据驱动低逻辑电平的串行接口，使数据传输的超过10个时钟产生的未使用的零LSBs 。GND (4):接地I/O CLOCK(7):输入/输
42、出时钟。 I / O时钟接收串行I / O时钟输入和执行下列三个功能：（1）在第三个下降沿的I / O时钟，模拟输入电压开始充电电容阵列和继续这样做，直到第十下降沿的I / O时钟。（2）班的其余九名位前转换数据上的数据。（3）转让控制转换的内部状态控制器的下降沿十时钟。REF+(1):上参考电压值（标称虚拟通道连接）适用于参考+ 。最大输入电压范围为所确定的差别电压适用于参考+和电压适用于参考-。REF(3):较低的基准电压值（标称地面）适用于参考-。VCC (8):正电源电压。图3.3 TLC1549功能结构图工作原理：TLC1549具有6种串行接口时序模式，这些模式是由IO CLOCK周
43、期和CS定义。根据TLC1549的功能结构和工作时序，其工作过程可分为3个阶段：模拟量采样、模拟量转换和数字量传输。图3.4所示为TLC1549的时序图。图3.4 TLC1549的时序图输入的模拟量采样：在第3个IO CLOCK下降沿，输入模拟量开始采样，采样持续7个IO CLOCK周期，采样值在第10个IO CLOCK下降沿锁存。输入的模拟量转换：对于连续逐次逼近型的模数转换器TLC1549，CMOS门限检测器通过检测一系列电容的充电电压决定AD转换后的数字量的每一位，如图4.5所示。在转换过程的第一阶段，模拟输入量同时关闭SC和ST进行充电采样，这一过程使所有电容的充电电压之和达到模数转换
44、器的输入电压。转换过程的第二阶段打开所有SC和ST，CMOS门限检测器通过识别每一只电容的电压确定每一位，使其接近参考电压。在这个过程中，10只电容逐一检测，直到确定转换的十位数字量。其详细步骤为：门限检测器检测第一只电容(weight=512)的电压，该电容的节点512连接到REF+。梯型网络中，其他电容的等效节点接到REF-。如果总节点的电压大于门限检测器的电压(大约VCC的一半)，“0”被送至输出寄存器，此时512-weight的电容连接到REF-。经反相后为“1”，即为最高位MSB为1；如果总节点的电压小于门限检测器的电压(大约VCC的一半)，“1”被送至输出寄存器，此时512-wei
45、ght的电容连接到REF+，经反相后为“0”，存为最高位MSB为0。对于256-weight的电容和128-weight的电容也要通过连续逐次逼近型的重复操作，直到确定从高位(MSB)到低位(LSB)所有数字量，即为初始的模拟电压数字量。整个转换过程调整VREF+和VREF1以便从数字0至1跳变的电压(VZT)为0.002 4 V，满度跳变电压(VFT)为4.908 V，即1 LSB=4.8 mV。图3.5 连续逐次逼近系统采样模式数字量的传输：当片选CS由低电平变为高时，IO CLOCK禁止且AD转换结果的三态串行输出DATA OUT处于高阻状态；当串行接口将CS拉至有效时，即CS由高变为低时，CS复位内部时钟，控制并使能DA-TA OUT和IO CLOCK，允许IO CLOCK工作并使DATA OUT脱离高阻状态。串行接口把输入输出时钟序列供给IO CLOCK并接收上一次转换结果。首先移出上一次转换结果数字量对应的最高位，下一个IO CLOCK的下降沿驱动DATA OUT输出上一次转换结果数字量对应的次高位，第9个IOCLOCK的下降沿将按次序驱动D
