模拟工程师电路：电荷放大器电路（Analog Engineer's Circuit Charge Amplifier Circuit）
作者：
日期：2025-01-09
概述：
本文档是一份关于电荷放大器电路设计的详细技术报告，由德州仪器（Texas Instruments）发布于2021年11月。报告详细介绍了电荷放大器的设计目标、设计描述、设计步骤、设计结果以及参考文献。电荷放大器电路旨在放大传感器检测到的微弱信号，并通过一系列的滤波和放大处理，确保输出信号稳定且在预定的电压范围内。该电路特别适用于检测过大的力量或冲击，如物体跌落或受到机械冲击时的情况。报告中还提供了电路设计中使用的特定元件参数，以及通过模拟仿真验证电路性能的结果。
主要内容：
1. 设计目标：
· 输入范围：输入信号电压最小为0V，最大为1.3mV。
· 输出范围：输出信号电压最小为-500mV，最大为500mV。
· 频率范围：信号频率从10Hz到10kHz。
· 供电范围：Vcc为3.3V，Vee为0V，Vref为1.65V。
2. 设计描述：
· 电路设计用于放大1.3mV的信号，在10Hz到10kHz的频率范围内。
· 输出信号经过滤波处理，以去除传感器的共振频率，并放大至±500mV以应对1G的冲击。
· 设计中使用了电荷传感器放大器，用于检测过大的力量或冲击。
· 输出信号可以通过模拟-数字转换器（ADC）采集，并由控制器采样以启动必要的保护措施。
3. 设计步骤：
· 选择高值反馈电阻Rf以最小化噪声影响。
· 计算低频截止频率（flow）为10Hz时的Cf值。
· 计算高频截止频率（fhigh）为10kHz时的Rin值。
· 计算电荷放大器的预期输出电压。
· 为避免传感器的共振频率（31kHz），设计了Twin-T Notch滤波器。
· 使用第二个运算放大器以非反相配置来调整输出至±500mV。
· 在输出端增加高通滤波器，中心频率为10Hz。
4. 设计结果：
· 通过AC仿真和瞬态仿真验证了电路设计的性能。
· AC仿真结果展示了电路在不同频率下的增益表现。
· 瞬态仿真结果展示了电路在特定时间内的输出电压变化。
5. 参考文献：
· 提供了电路设计参考的来源，包括德州仪器的电路食谱、SPICE仿真文件以及TI精密实验室的相关资料。
6. 设计特色元件：
· TLV6742：具有1.7V到5.5V的供电范围，输入共模电压范围为(V-)到(V+)-1.2V，输出摆幅为rail-to-rail，失调电压为0.15mV，静态电流为990µA，输入偏置电流为10pA，单位增益带宽为10MHz，上升时间为4.5V/µs，通道数为1、2和4。
7. 设计替代元件：
· OPA392：具有1.7V到5.5V的供电范围，输入共模电压范围为rail-to-rail，输出摆幅为rail-to-rail，失调电压为1µV，静态电流为1.22mA，输入偏置电流为0.01pA，单位增益带宽为13MHz，上升时间为4.5V/µs，通道数为1、2和4。
8. 重要声明和免责声明：
· 德州仪器声明提供的技术数据、设计资源、应用或其他设计建议、网络工具、安全信息等均按原样提供，不承担任何明示或暗示的保证。
· 用户需自行负责选择合适的德州仪器产品、设计验证测试以及确保产品符合相关标准和要求。
· 德州仪器保留随时更改资源的权利，且仅授权用户使用资源开发使用德州仪器产品描述的应用。
· 用户需完全赔偿德州仪器及其代表因使用资源而产生的任何索赔、损害、成本、损失和责任。
通过以上内容，我们可以看到德州仪器在电荷放大器电路设计方面的专业性和对产品性能的严格要求。报告不仅提供了详细的设计参数和步骤，还通过仿真结果验证了电路设计的有效性。同时，德州仪器也明确指出了其提供的资源的使用条件和免责声明，确保用户在使用其产品和服务时有明确的指导和保护。
本文档是一份关于电荷放大器电路设计的详细技术报告，由德州仪器（Texas Instruments）发布于2021年11月。报告详细介绍了电荷放大器的设计目标、设计描述、设计步骤、设计结果以及参考文献。电荷放大器电路旨在放大传感器检测到的微弱信号，并通过一系列的滤波和放大处理，确保输出信号稳定且在预定的电压范围内。该电路特别适用于检测过大的力量或冲击，如物体跌落或受到机械冲击时的情况。报告中还提供了电路设计中使用的特定元件参数，以及通过模拟仿真验证电路性能的结果。
主要内容：
1. 设计目标：
· 输入范围：输入信号电压最小为0V，最大为1.3mV。
· 输出范围：输出信号电压最小为-500mV，最大为500mV。
· 频率范围：信号频率从10Hz到10kHz。
· 供电范围：Vcc为3.3V，Vee为0V，Vref为1.65V。
2. 设计描述：
· 电路设计用于放大1.3mV的信号，在10Hz到10kHz的频率范围内。
· 输出信号经过滤波处理，以去除传感器的共振频率，并放大至±500mV以应对1G的冲击。
· 设计中使用了电荷传感器放大器，用于检测过大的力量或冲击。
· 输出信号可以通过模拟-数字转换器（ADC）采集，并由控制器采样以启动必要的保护措施。
3. 设计步骤：
· 选择高值反馈电阻Rf以最小化噪声影响。
· 计算低频截止频率（flow）为10Hz时的Cf值。
· 计算高频截止频率（fhigh）为10kHz时的Rin值。
· 计算电荷放大器的预期输出电压。
· 为避免传感器的共振频率（31kHz），设计了Twin-T Notch滤波器。
· 使用第二个运算放大器以非反相配置来调整输出至±500mV。
· 在输出端增加高通滤波器，中心频率为10Hz。
4. 设计结果：
· 通过AC仿真和瞬态仿真验证了电路设计的性能。
· AC仿真结果展示了电路在不同频率下的增益表现。
· 瞬态仿真结果展示了电路在特定时间内的输出电压变化。
5. 参考文献：
· 提供了电路设计参考的来源，包括德州仪器的电路食谱、SPICE仿真文件以及TI精密实验室的相关资料。
6. 设计特色元件：
· TLV6742：具有1.7V到5.5V的供电范围，输入共模电压范围为(V-)到(V+)-1.2V，输出摆幅为rail-to-rail，失调电压为0.15mV，静态电流为990µA，输入偏置电流为10pA，单位增益带宽为10MHz，上升时间为4.5V/µs，通道数为1、2和4。
7. 设计替代元件：
· OPA392：具有1.7V到5.5V的供电范围，输入共模电压范围为rail-to-rail，输出摆幅为rail-to-rail，失调电压为1µV，静态电流为1.22mA，输入偏置电流为0.01pA，单位增益带宽为13MHz，上升时间为4.5V/µs，通道数为1、2和4。
8. 重要声明和免责声明：
· 德州仪器声明提供的技术数据、设计资源、应用或其他设计建议、网络工具、安全信息等均按原样提供，不承担任何明示或暗示的保证。
· 用户需自行负责选择合适的德州仪器产品、设计验证测试以及确保产品符合相关标准和要求。
· 德州仪器保留随时更改资源的权利，且仅授权用户使用资源开发使用德州仪器产品描述的应用。
· 用户需完全赔偿德州仪器及其代表因使用资源而产生的任何索赔、损害、成本、损失和责任。
通过以上内容，我们可以看到德州仪器在电荷放大器电路设计方面的专业性和对产品性能的严格要求。报告不仅提供了详细的设计参数和步骤，还通过仿真结果验证了电路设计的有效性。同时，德州仪器也明确指出了其提供的资源的使用条件和免责声明，确保用户在使用其产品和服务时有明确的指导和保护。
客服咨询
400 093 7005
周一至周日：09:00AM-21:00PM
微信扫码关注
小程序扫码注册