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线性化电路的增益与补偿线性化增益的设计实例

时间:2019-03-01 ??来源:敏创电子??编辑:热敏电阻厂家??浏览:
线性化电路4的增益与电阻器
在电路5中,电阻器已被添加到输入路径和反馈路径以“平坦化”增益图。在该电路的G(N)图中,示出了其增益和电路4的增益。为清楚起见,省略了最后50个点。该图显示了增益曲线如何以调整范围为代价“平坦化”。


图1a。电路5。
 
通过在输入路径和反馈路径上增加电阻,最小增益(其中N = 0)升高,最大增益(其中N = 1)降低,有效地压缩了可用的增益范围。例如,在所示的曲线图中,增益可以从1调整到3而不是从0到255对应的电路4。
 
图1b。电路5的G(N),Ri = 50k,Rf = 100k(黄色)。为了说明,还示出了电路4的G(N)(蓝色)。
 
该电路还具有将抽头连接到高阻抗运算放大器输入的优点。另外,尽管增益不像电路3那样完全线性,但是刮水器的特性对性能的任何影响都通过大大减小通过刮水器的电流而从等式中取出。
该电路的一大缺点是,通过将Ri和Rf添加到增益等式中,在电路4中消除的Re项不能在这里抵消。电路4的一个优点是增益方程中的Re项彼此抵消,使得端到端电阻的大容差无关紧要。然而,对于电路5,不能消除Re项,并且EPOT的端到端电阻的偏差将影响总增益。端到端阻力偏差的确切影响将取决于Rf和Ri与Re的比率。使Rf和Ri相对于Re更大可以最小化这种影响,但是会妨碍可用的调整范围。在用于图1b的图的示例中,Re的25%增加使得最小增益0.88而不是1并且最大增益3.25而不是3。

利用软件补偿线性化增益的设计实例
大多数系统使用微控制器来控制EPOT的设置,因此这里的电路增益通常由软件控制。此外,虽然本文使用256步EPOT进行说明,但许多系统只需要20到30步的增益。使用软件和如电路4所示配置的256步EPOT,通过使用软件补偿可以容易地完成20到30步线性增益调整曲线。这里显示了一个软件补偿,反相和可调增益运算放大器电路的设计实例。
此设计的目标是具有以下性能特征:
没有电流通过雨刮器。
线性增益调整曲线,误差小于3%。对于32抽头EPOT,这优于1 LSB。
消除对绝对电阻Re的依赖性。
 
为满足这些设计要求,提供以下步骤。基本思想是在所需的最小和最大增益之间选择最佳增益步数。
1. 选择最大和最小增益。对于该示例,选择最小值2和最大值10。经验测试表明,这种方法可以很好地获得高达20左右的收益。
2. 找到实际可能的最大增益。实际的最大增益是增益,它将是方程G(n)= n /(256-n)n = 0,1,2的解...
对于这个例子,求解G(n)= 10给出n = 232.72。由于只有n的整个值可用,因此选择n = 233.然后,实际最大增益为G(233)= 233 /(256-233)= 10.13。
3. 获得斜坡m。斜率m也可以称为步长,因为它将与n值之间的增益步长相关联。推荐的方法是使用感兴趣范围内n的最后5个值的平均增益变化。换一种说法,
m = [G(n max) - G(n max -5)] / 5使用最后5个值的决定有些随意,鼓励设计者尝试其他值。对于该示例,m = [G(233)-G(228)] / 5 = 0.398。
4. 找到实际可能的最小增益和步数。为了确定最小增益是所创建的线的可能解,可以求解y = mx + b的等式。由于使用了离散系统,只需找到最大增益和预期最小增益之间的步数(在步骤1中选择),其中
最大步数= [G(n max) - G min ] / m。对于此示例,最大步数= [10.13 - 2] /0.398 = 20.4。再次,只有一些离散的步骤可用,所以将结果向上舍入以将最大步数增加到21.因此,实际最小增益将是21步,每次0.398,小于最大增益或
Gmin = G(n max) - (最大步长)×m = 10.13 - (21×0.398)= 1.772。
5. 获得拦截b。b或y截距的值仅为最小增益。
结果是方程f(x)= 0.398x + 1.772,其中x = 0,1,2 ... 21。该等式可用于查找用于获得此直线增益曲线的n或EPOT设置的值。这是通过求解G(N)= n /(256-n)= f(x)来完成的。实际的实现取决于设计者,但基本上选项
是使用查找表或动态解决n的值。

 
下面将此示例的增益图显示为x的函数。
图2.软件补偿示例的增益曲线。
与理想直线的偏差在下面绘制为百分比。