多路光电流采集的前置放大

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第21卷第2期济南大学学报(自然科学版)v01．21No．22OO7年4月JOURNALOFUNIVERSITYOFJINAN(Sci．&Tech．)Apr．2OO7文章编号：1671—3559(2007)02—0117—04多路光电流采集的前置放大孙王强，江海鹰，刘维东(济南大学1．控制科学与工程学院；2．信息科学与工程学院，山东济南25OO22)摘要：在常规多路光电流采集系统的前置放大电路中，一t／。=+，f(1)般采用各路先独立进行，／转换，然后再切换进行A／D转图1b为同向输出电路，其输出换的方法。针对I／V转换电阻参数的分散性所

2、导致的各路U。=IsRf(2)转换增益不同，各路之间存在分散性误差的问题，提出了电输出电压与输入电流成正比，比例系数由转换流直接切换方案，即利用模拟开关先切换多路电流然后进行电阻R决定。精密，／转换，有效地解决了上述问题，彻底消除了原理性误差。对新方案进行了初步的理论分析和实验，给出了实验当进行多通道电流信号采集时，一般是将I／V结果。实验证明该方案达到预期效果。转换后的电压信号先用多路模拟开关进行切换，再关键词：光电流；模拟转换开关；数据采集；前置放大通过程控(或自动)量程转换放大器进一步放大，然中图分类号：TNT10文献标识码：A后进行A／D转换2。系统框图如图2所示。本文中针对范

3、围在0—20多通道微弱电流的数据采集提出了电流直接切换的前置放大新方案，可有效解决各通道I／V转换电路中的转换电阻参数不一致而出现的各通道，／转换系数不同的问题。1多路微弱电流的前置放大图2常规多路电淹采集系统框图要检测光电流信号，并放大，一般第一步是先通常程控或者自动量程放大采用的是比例放大进行电流／电压转换(，／转换)，最基本实用的I／V电路，通过模拟开关切换改变各比例电阻，等效电路转换电路，其原理电路如图1所示[1l。图如图3所示。图中SWI、SW2分别为通道切换开关和放大倍数转换开关。设SWl、SW2均为第一路导通。图1I／V转换原理电路理想情况下，I／V转换电路输出电压与输入

4、电流的关系如下：图1a为反向输出电路，其输出图3多路电淹采集系统等效电路图由图3得出-收稿日期：加05—07—10作者简介：孙王强(1979一)，男，山东潍坊人，硕士生；江海鹰苦。-(3)(1963一)，男，江西南康人，教授，硕士生导师。维普资讯http://www.cqvip.com济南大学学报(自然科学版)第21卷其中：=1，2，⋯，m；后=1，2，⋯，几。(4)由于各，／通道的转换电阻f及模拟开关各RfLCs2+[(R。+R。)RfC+]s+R。+R0n+f、。通道的导通电阻、。并不相同，导致前置放大令电路的放大倍数随之变化。。的影响可以通过A=1+的精确调节而被减小或消除，从而

5、保证各量程放大倍数的准确。但f影响却无法彻底消D=除，使各通道的增益出现分散性误差。则2直接电流切换方案Vo(s)赤s(s)(5)为消除各通道增益的分散性误差，可采用直接设B一4D<0；Us(s)=I／s，拉普拉斯反变换后电流切换方案，即先利用模拟开关直接切换各通道可得输入电流，然后再进行精密的I／V转换。方案原理／(￡)=。A+Ae÷sin(cot一)(6)框图如图4所示[3l。。其中：r=2；∞=B2／2；=而；=arctan(~一OR")由式(6)可以看出负载Rf上的电压U。(t)为常数与衰减正弦函数的叠加。其中衰减速率与负载电阻Rf相关，Rf越小，衰减越快，U。(t)稳定时间越

6、图4电流直接切换方案原理框图短。目前模拟开关芯片的内部电路原理图较难查阅由图4可知，在理想情况下(把输入电流视为理到，在开关导通时将模拟开关视为电阻、电感的串联想电流源)，由于直接切换电流，通过模拟开关的各模型并不十分准确，忽略了内部电容影响，因此须结路直流电流大小应保持不变，模拟开关对整个电路合实验验证该方案[9]。实验结果如图6所示，表明的作用仅仅是选择电流，避免了导通电阻参数图5的等效模型基本正确的分散性而引入误差；只采用一个，／转换器，不仅可以从原理上彻底消除由于反馈电阻参数的不同而引入的误差，并且大大减少了，／转换电路的数目，简化了电路。在实际情况下，非理想电流源可等效为理想

7、电压源。与电流源内阻。的串联L4；模拟开关在导通时可等效为电阻R。与电感Lon的串联；Lo．与线路连线的等效电感可合并为L，线路连线的分布电图6多路开关切换时(t)的振焉图形容等效为c。选通某一通道时的等效电路如图5所在实验中发现，模拟开关后直接接电阻与通过示[5—6]：运放接负反馈电阻产生的现象是一致的。为了加快衰减，保证采集到的电压信号稳定且与电流成正比，在满足放大倍数的要求下反馈电阻f应尽可能的小，因此微弱电流放大采用了由运算放大器组成的