[实用新型]仪表放大器的增益校准系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及仪表放大器，特别是涉及带模数转换器的仪表放大器的增益校准系统。 

背景技术

仪表放大器是一种精密的差分电压放大器，在数据采集、传感器信号放大、医疗仪器等领域被广泛应用。经典的集成仪表放大器的增益由反馈电阻网络中两个或者更多电阻的比例确定，因此其增益精度受到电阻匹配精度的限制。当仪表放大器集成有模数转换器（ADC）时，转换器的增益误差也会引入部分增益误差。另一方面，增益误差也不是固定不变的。当增益设置改变或者温度等外界条件改变时，增益误差也会发生变化。 

仪表放大器的增益误差可以通过微调电阻值来校准。对于带有ADC的仪表放大器，也可以通过在后续的数字处理器里对输出信号进行数字补偿，补偿用的校准系数可以存储在非挥发性的存储单元中。上述两种校准的方式的前提是需要知道仪表放大器的精确增益，因此需要在其输入端加载一个已知大小的电压信号。这样做的缺点在于，这个校准电压必须是一个幅度非常精准的信号，而且在仪表放大器在实际应用时很难取得这样一个信号。工厂里的一次性校准是可能的，但是对于增益可变的仪表放大器，需要对不同增益设置分别校准，也无法解决温度等引入的增益误差漂移。 

图1示出了传统的增益可调的仪表放大器。该仪表放大器10接收差分输入信号1、2，并提供放大后的差分输出信号5、6。放大器3和4的开环增益远大于由电阻7、8、9的比例确定的仪表放大器10的增益。理想情况下仪表放大器10的增益可以用如下方程式表示：Gi=(R2+2×R1)/R2。对于增益可调的仪表放大器，电阻R1和R2的比例是可变的。但是无论其增益是否可变，其实际增益Ga总是会偏离理想增益Gi，因为电阻R1和R2的值不会是理想值。 

图2示出工厂校准的增益校准方式。这种校准方法需要在输入加一个固定电压53，并使用两个非常精准的数字电压表51和52分别测量放大器输入1、2和输出端5、6的差分电压，通过计算得到仪表放大器的实际增益。然后通过 对电阻R2进行调节从而校准增益误差。这种校准方式的缺陷在于成本较高且不能实时校准，因此避免温度等外部条件变化导致的增益迁移。 

实用新型内容

针对现有技术的上述缺点，申请人经过研究改进，提供一种仪表放大器的增益校准系统，可以精确的确定仪表放大器的增益，进行增益校准，并且无需精准匹配的电阻和精准的输入电压信号。 

本实用新型的技术方案如下： 

一种仪表放大器的增益校准系统，包括： 

放大器，接收模拟输入信号，并将信号放大后输出； 

模数转换器，接收模拟输入信号和参考电压，并转换成数字信号输出； 

校准电压生成电路，是电阻分压器，提供用于校准的多个电压信号，并作为所述模数转换器的参考电压； 

第一开关阵列，选择将所述电阻分压器的分段电压连接到所述放大器的输入端或在所述仪表放大器正常工作时将模拟输入信号连接到所述放大器的输入端； 

第二开关阵列，选择参考电压或者所述放大器的输出或者所述电阻分压器各个分段电压的总和到所述模数转换器的输入端； 

数字处理器，将所述模数转换器的结果进行分析计算得到相应的仪表放大器增益校准系数。 

本实用新型的有益技术效果是： 

本实用新型使得仪表放大器的增益校准无需精准匹配的电阻和精确的输入电压信号，从而实现低成本的，实时的增益校准能力，可以有效抑制温度等因素引入的增益漂移。 

附图说明

图1是传统的增益可调的仪表放大器的结构图。 

图2是图1中的仪表放大器处于工厂校准模式的原理示意图。 

图3是本实用新型的结构图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。 

如图3所示，本实用新型的仪表放大器的增益校准系统80包括有校准电压生成电路70、第一开关阵列39、放大器30、第二开关阵列31、模数转换器 32和数字处理器33。