【应用】运算放大器RS8032用于热力管道4-20mA/0-10V传感器模拟量的采集，静态电流低至750nA/单通道
笔者接触的项目是热力管道数据采集，热力管道上面的传感器（温度、压力、湿度等）基本上都是工业用的0-10V/4-20mA类型的，属于模拟电压或电流量。项目中要使用终端采集这些电流电压传感器数据。
对于0-10V电压信号的采集一般通过分压电阻进行分压再传输至MCU ADC引脚，由于系统使用电池供电，所以选择的分压电阻不能太小，太小会造成电流消耗。但分压电阻太大的话直接连接到MCU ADC引脚由于输入阻抗过大会导致计算精度下降。对于4-20mA电流量的采集一般也是先通过采样电阻转换为电压信号，在传输至MCU ADC 引脚。由以上分析可以得知，需要在分压电阻和ADC引脚之间加入一级运放进行阻抗匹配和缓冲。
由于系统使用电池供电，所以运放的静态电流要小，而且运放支持轨至轨输入输出，板子上有两路所以要支持2通道，性价比较高。基于这些指标要求，选择了润石科技的双路RRIO运算放大器RS8032进行设计。RS8032为2通道的运算静态电流低至750nA/单通道，轨至轨输入输出，增益带宽积15kHz，压摆率7.5V/ms，输入电压范围支持1.4-5.5V，工作温度范围-40~125℃，支持两种封装SOP8和MSOP-8，而且价格相对欧美厂牌更加优惠。RS8032是一款非常适合电池供电场合且需要轨至轨输入输出的性能良好的运算放大器。
图1 RS8032引脚定义
基于以上分析，应用到了项目。原理图如下所示，设计使用通道1为电压采集，因为传感器电压0-10V范围，采用MΩ级别电阻进行分压进入到运放输入端电压范围是（0-10V）*（1/3.4）=0~2.94V。通道2为电流采集，电流首先经过500Ω采用电阻转换为电压（4-20mA）*500=2~10V,再通过分压电阻进行到运放输入端电压范围是（2-10V）*（1/3.4）=0.588~2.94V，经过BAV199作为钳位保护，防止过压烧毁芯片，芯片供电电压为3V。
图2 原理图
进行了PCB打板，PCB局部图如下所示：
图3 PCB 局部图
进行了打板，后续进行了测试。下图是测试图片，运放输出波形，波形稳定。
图4 测试图片
经测试，0-10V/4-20mA的源数据经过运放后再经ADC处理后，精确度较高，可以满足项目中的需求。
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润石科技运算放大器选型表
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产品型号
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品类
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Amplifiers per Package
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VOS(Offset Voltage) Max@25°C
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TC of Vos Typ
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IB Typ
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ENOISE 0.01Hz~10Hz
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ENOISE Typ@1kHz
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Total Supply Voltage
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GBW Typ
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Slew Rate Typ
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Iq/Amp Typ
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AOL Typ
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CMRR Typ
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Rail-to-Rail I/O
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Additional Feature
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Common Mode Voltage
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Input Offset (+/—)(Max)
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Input Offset Drift(+/—)(Typ)
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Gain
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Gain Error
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Bandwidth
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hide
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RS8511
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精密运算放大器
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1
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40uV
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0.05uV/°C
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50pA
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1.6uVpp
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70 (nV/√Hz)
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2.3V~5.5V
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0.35MHz
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0.17V/us
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60uA
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130dB
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130dB
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In,Out
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EMI Hardened
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选型表 - 润石科技 立即选型
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