【应用】低功率运算放大器EL8176在电子秤信号调理电路中，共模抑制比高达110dB

时间： 2019-02-21 来源：世强

电子秤由于使用简单、功能齐全、计量准确、快速，在生产和生活中应用越来越广泛。其主要原理通过压力传感器将重量变化成电压信号，经过放大、AD转换，MCU采样计算后显示在液晶面板上。电子秤可用于各种应用，例如装配线程序，货物，商业秤等的精确应用领域。瑞萨可提供全面的放大器，PWM控制器，同步降压稳压器，LDO和接口产品组合，以实现高性能，低成本的电子秤设计。其详细系统结构框图如下图所示：

图1 电子秤系统结构框图

在电子秤的设计中，称重传感器通常采用电阻应变式压力传感器，原理如图2所示，当外力使电阻应变片产生变形后，其阻值也发送改变，导致输出的电压U_o也相应的变化，从而将重量变成对应的电压信号U_o ，U_o的值与应变片感受的应变量的代数和成正比。

图2 称重传感器设计原理图

通常情况下，称重传感器的输出电压U_o在0~20mV之间，MCU的AD采样电压要求为0~2V，因此需要将输出电压U_o放大100倍左右。由图1可见，我们需要选择一款合适的运算放大器，对称重传感器的输出信号进行调理。RENESAS（瑞萨）公司推荐该部分电路中使用EL8176 精密运算放大器，该放大器在设计中可以满足性能和成本的要求。

图3 EL8176管脚配置图

在这部分电路中，设计的难点是减少差模和共模干扰对采样结果的影响。由于称重传感器输出仅0~20mV,仅毫伏级别的干扰对输出结果影响就十分明显。对于差模干扰，可以采样低通滤波器将高频差模干扰滤除；而共模干扰，需要运算放大器部分提供足够高的共模抑制能力。EL8176可提供高达110dB的共模抑制比，电路设计如下图所示，前级A1、A2运放采用高阻抗同相输入并且结构对称，使得运放的漂移和失调相互抵消，并提供极高的输入阻抗，匹配前级传感器的输出，同时解决后级差动放大器输入阻抗不相等的问题；后级的差动放大器用来提供足够高的共模抑制能力。电容C与线路阻抗配合，组成低通滤波器，可滤除高频差模干扰信号。对于前级运放A1、A2，可以选择低成本运放；对于后级运放A3，可选择EL8176之类精密运算放大器，以满足性能同时兼顾器件成本（图中R₁=R₂ ,R₃=R₄, R₅=R₆，VR₁、VR₂为调零电位器）。

图5 三运放组成的称重传感器原理图

EL8176带宽可达0.4MHz，满足称重传感器电压信号的带宽要求；超低的噪声指标（28nV /Root(Hz)）、最大0.1mV的失调电压和最大2nA的输入偏置电流，给其提供足够高的精度；高达110dB的电源电压抑制比，可以防止供电电压波动对输出电压精度的影响；-40℃~+125℃宽的工作温度范围，满足电子秤的应用环境，保障了放大电路工作的可靠性。

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