額溫槍方案-零溫漂運(yùn)放 DS8551典型運(yùn)用電路

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】額溫槍方案零溫漂運(yùn)放DS8551典型運(yùn)用電路手持式紅外測(cè)溫儀，所使用的原理是將物體發(fā)射的紅外線具有的輻射能轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，紅外線輻射能的大小與物體本身的溫度相對(duì)應(yīng)，根據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)大小，可以確定人體體溫。手持紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。手持紅外測(cè)溫儀便捷、、安全，在醫(yī)療、設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用較為廣泛。

為方便廣闊研發(fā)工程師快速選型、加快研發(fā)進(jìn)度，本文提供了信號(hào)調(diào)理部分的電路供參考。手持式紅外測(cè)溫儀通常使用紅外熱電堆傳感器（Infraredthermopilesensor），熱電堆傳感器常用于非接觸式的紅外測(cè)溫，因?yàn)楦哂诹愣鹊娜魏挝矬w都可以發(fā)出紅外線，并且物體輻射出的能量隨著物體表面溫度的增加而增強(qiáng)，基于這個(gè)關(guān)系，熱電堆傳感器可以測(cè)出物體輻射出的能量并準(zhǔn)確測(cè)出物體表面的溫度。

因?yàn)楸粶y(cè)物體每變化1°C，熱電堆傳感器輸出僅僅增加50uV~100uV，這樣0.1°C分辨率對(duì)應(yīng)的輸出電壓變化只有5uV~10uV，所以選擇熱電堆探頭選用高靈敏度的。另外根據(jù)不同的測(cè)溫距離，選用不同視場(chǎng)角的探頭，因?yàn)闊犭姸烟筋^實(shí)際輸出的電壓值，是整個(gè)視場(chǎng)角范圍內(nèi)物體的平均溫度值。另外為了提高熱電堆探頭輸出的信噪比，熱電堆內(nèi)部等效的電阻值也是關(guān)鍵因素之一，電阻的阻值越大，其輸出熱噪聲就會(huì)相應(yīng)更大。

正是因?yàn)闊犭姸褌鞲衅鬏敵龅男盘?hào)如此微弱，使得經(jīng)放大后的電壓誤差也需要很小，只有零漂移自穩(wěn)零類型的運(yùn)放，才能滿足信號(hào)的放大調(diào)理。這類運(yùn)放內(nèi)部有一個(gè)主放大器，還有一個(gè)輔助的放大器，用于每隔us級(jí)別的時(shí)間間隔自動(dòng)校準(zhǔn)失調(diào)電壓，以實(shí)時(shí)保證失調(diào)電壓為值，特別適用于低頻信號(hào)的放大調(diào)理。

需要注意的是失調(diào)電壓越大，引入的誤差就越大，如果要校準(zhǔn)掉失調(diào)電壓的影響，無(wú)疑要增加硬件的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，也會(huì)增加產(chǎn)線加工的工序和復(fù)雜度，成本也隨之增加并降低生產(chǎn)效率。特別需要注意，如果要實(shí)現(xiàn)額溫槍的為±0.3°C以內(nèi)，那么熱電堆在0.3°C產(chǎn)生的電壓僅為15uV~30uV，意味著運(yùn)放的失調(diào)電壓值都不能大于15uV~30uV。由于熱電堆傳感器內(nèi)阻為100kΩ左右，屬于比較大的電阻，這樣要求運(yùn)放的輸入偏置電流必須是pA級(jí)別的才能減少帶來(lái)的誤差，所以運(yùn)放只能是CMOS架構(gòu)的。

下列圖是一款零溫漂運(yùn)放DS8551在手持測(cè)溫槍上的典型應(yīng)用電路，研發(fā)工程師可以將它做為設(shè)計(jì)參考。DS8551輸入失調(diào)電壓小于3uV，直流增益高達(dá)140db，非常適合此類應(yīng)用的設(shè)計(jì)。

應(yīng)用要點(diǎn)：

1.R1,R2構(gòu)成了一個(gè)反應(yīng)電路，其放大倍數(shù)為BETA=R2/R1=510.反應(yīng)電阻R2需要并聯(lián)一個(gè)C3=100nF電容，把整個(gè)電路的帶寬限制在10Hz以內(nèi)，充分降低放大電路的輸出噪聲。重要的是運(yùn)放的1/f噪聲；減小C3可以提高運(yùn)放的相應(yīng)時(shí)間，但是會(huì)引入更多的噪聲，需要應(yīng)用工程師自行取舍。R4取R4=R1。

2.運(yùn)放輸出端接R3,C5組成的RC濾波后輸出VOUT。因?yàn)镈S8551運(yùn)放自身有補(bǔ)償，所以R3不能太小，否則C5=100nF會(huì)引入一個(gè)低頻極點(diǎn)，有可能造成輸出的震蕩。

3.DS8551可通過R6和C1的RC濾波給電源端+VS供電，R6不能太大，否則影響運(yùn)放供電能力。

4.R5取值根據(jù)熱電堆中的NTC具體參數(shù)來(lái)取，熱電堆PIN2輸出給MCU的ADC采樣做溫度補(bǔ)償。

5.考慮到運(yùn)放輸出的范圍，VBIAS建議取值1/2的VCC，可以用電阻分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以接一個(gè)特定參考VREF，VREF推薦范圍為0.3VCC~0.7VCC

6.VCC范圍建議為3V～5V

7.VOUT給MCU的ADC采樣，公式為Vdiff=(VTP+)-(VTP