3月12号,世界卫生组织宣告新冠肺炎为全球性流行病。抗疫正从我国的“人民战争”变成一场“世界大战”,许多作业正在奇妙和快速的改动。额温枪和口罩相同,成为抗疫以及复产复工必不可少的日常用品,额温枪成了商场上炙手可热的产品,许多厂家开端步入这个商场。额温枪也有许多种计划,比方SOC计划,数字传感器计划以及通用MCU+高精度运放计划。其间通用MCU+高精度运放计划是比较简单量产的计划,其他计划现在都面临着产能缺乏的缺点。为了加速广阔厂家的研制进展,本文以问答方法整理了运放在额温枪运用规划中应该留意的几个问题。
问题1:是否只能挑选失调电压为10uV以下的高精度运放?
答:上图是某款额温枪运用到的量产计划示意图,从图中能够看到,为了让运放安稳作业,需求给运放一个安稳的静态作业点,例如本图中的1.25V,热电堆没有信号输出时,运放的输出等于:
Vo=1.25V+Vos*511,其间,511是运放电路的扩大倍数,失调电压Vos以及热电堆信号VTH均被运放电路扩大。
GS8331的最大失调是10uV,在静态时,片与片的Vo输出在1.25上下改动5.11mV;
GS8551和GS8591的最大失调是30uV,在静态时,片与片的Vo输出在1.25V上下改动15.33mV。
当运放芯片焊接到电路板时,Vos就现已固定了,假定焊接的GS8551的Vos等于5uV,Vo的静态输出固定等于Vo=1.25V+5uV*511=1.252555V,在这把额温枪测验人体温度时,Vo=1.252555V+VTH*511,额温枪出厂校准时会把1.25V+Vos*511这个值存储起来,而且每次测温的时分,输出值减掉这个存储值就等于VTH*511,因而能够精确反响VTH*511这个所需求的信号,因而不一定需求Vos很小的高精度运放。
当然,Vos也不能选用太大,由于Vos太大会导致运放电路的输出动态规模变小,影响额温枪的温度测验规模。
问题2:高精度运放的输入失调电压温度漂移对额温枪的运用有什么影响?
答:医用额温枪的国家标准中规则
1, 环境温度16°C~35°C
2, 温度显现规模35°C~42°C,最大差错±0.2°C。
环境温度从16°C到35°C,差值为19摄氏度,假如选用一般的运放,温度漂移一般在2uV-3uV每摄氏度,因而在19摄氏度的规模内,输入失调电压Vos会漂移38uV-57uV,而商场上常见的热电堆传感器,1摄氏度发生的信号一般是几十个uV,以80uV举例,±0.2°C 对应±16uV的漂移,所以假如运用一般运放的话,单单运放引进的差错就超过了国家标准。
而聚洵半导体零漂移运放的温漂最大值为50nV/°C,输入失调电压Vos在国家标准的温度规模内最大漂移0.95uV,远小于16uV的国家标准,因而在额温枪运用中,有必要选用零偏移运放。
问题3:额温枪对高精度运放的带宽有什么要求?
答:额温枪在测验人体温度时,并不需求很高的频率,因而在规划运放电路时,能够经过外围电路来限制运放环路的带宽,然后按捺高频噪声,因而一般会在反应电阻上并一个比较大的反应电容。
如问题1所示的电路图中,只需运放的带宽足够大,那么环路的带宽由Cf和Rf所组成的极点来决议。
问题1图中,fp=1/(2πRfCf)=1/(6.28*100nF*510K)=3.12Hz
聚洵半导体的高精度运放GS8331的带宽是350K,GS8552的带宽是1.8M,GS8591的带宽是4.5M,都远远大于3.12Hz,因而上述三种高精度运放都能够用在额温枪运用中。
问题4:Vref的电压怎样发生?
答:Vref电压能够由以下二种方法发生:
1, 独自的LDO或许基准芯片发生
这种方法需求独自添加芯片,会添加整个计划的bom本钱,而且由于一般的LDO以及基准芯片的输出都是固定电压的,调整Vref电压不是很灵敏。
2, 两个电阻分压发生
运用这种方法,分压电阻不能获得太大,不然驱动才能不行,会形成丈量差错。
如上图所示,假定R2是12.5K,R1是17.5K,Vref电压等于1.25V,当传感器丈量温度发生的信号是1mV时,1mV的压差在Ri发生的电路是1uA,1uA需求经过R1和R2以及传感器流出,而传感器的阻抗很高,所以大部分电流有必要经过R1和R2流出,因而必然形成Vref改动,详细算法如下:
(3-Vref)/R1=1uA+Vref/R2,带入R1和R2的阻值,能够算出Vref=1.242V,比实践的Vref减小8mV,折算到传感器VTH的信号端为8mV/511=15.6uV,即每mV的压差影响15.6uV的精度,因而会直接影响温度测验的精确性。
为了处理这个问题,能够把电阻取小一些,比方R2=1.25K和R1=1.75K,但这两个分压电阻引进的功耗等于1mA,大大添加整个体系的功耗。
3, 两个电阻分压而且添加一个电压buffer发生
运用这种方法,能够添加R1和R2的阻值来减小功耗,而且经过buffer来添加驱动才能,可是R1和R2的阻值也不能选太高,不然电阻引进的噪声也会变大。
这种方法需求引进1路运放,再加上扩大电路需求1路运放,因而能够运用一个2路运放来完成全体计划,能够选用双通道运放GS8552完成。
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