专利名称：一种模拟运算放大器数字化温度补偿方法及其电路的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种模拟运算放大器数字化温度补偿方法，尤指使用单片机及电子开关的一种模拟运算放大器数字化温度补偿电路。
背景技术：
模拟运算放大器(OPA)是一种使用反馈电路进行高放大倍率运算的放大器，通常应用于模拟电子电路中执行放大功能。但这种模拟运算放大器(OPA)有随着工作温度产生失调电压(Offset Voltage，Vos)的特性，且模拟运算放大器(OPA)一旦产生失调电压Vos时，模拟运算放大器(OPA)的输出值就会随着失调电压Vos产生相应的漂移和误差，这种现象泛称为模拟运算放大器(OPA)的温度效应。
尤其一组检测系统中有应用到模拟运算放大器(OPA)的时候，检测系统的输出值必然会受到模拟运算放大器(OPA)的温度效应现象影响而造成误差，所以会导致检测系统的精准度降低。
因此，为了减少和校正模拟运算放大器(OPA)受到温度效应影响所产生的输出值误差，一种应用于模拟运算放大器(OPA)的温度补偿技术即因应发展出来。这种温度补偿技术的作法通常都利用一环境温度测量组件来测量模拟运算放大器(OPA)周围的环境温度，再将所测量到的温度补偿和叠加到模拟运算放大器(OPA)中，以减少模拟运算放大器(OPA)在不同工作温度下产生输出漂移。
以图1所示的一种应用于压力计且设有温度补偿电路的压力计电路10为例，这种压力计电路10由一运算放大器电路11、一定电压电路12、一压力测量电路13及一温度补偿电路14共同组成。其中，压力计的压力测量电路13是用于测量压力，且将测量到的压力以电压值输入到运算放大器电路11进行高放大倍率运算，但为避免运算放大器电路11因受到温度效应影响导致失调电压Vos造成相应误差产生，这种压力计电路10则借助定电压电路12及温度补偿电路14对运算放大器电路11进行温度补偿。
其原理是利用定电压电路12的热敏电阻RT1及温度补偿电路14的热敏电阻RT2测量运算放大器电路11的周围环境温度后，再将所测量到的环境温度转换成电压值，并补偿和叠加到模拟运算放大器A与模拟运算放大器C中。因此，当温度一旦变化时，热敏电阻RT1及RT2就会测量到不同的环境温度，经转换成相应的不同分压值和叠加到运算放大器电路11后，运算放大器电路11就可以输出已得到适当温度补偿的输出值。
不过，目前应用于模拟运算放大器(OPA)的上述温度补偿技术，却仍停留于采用以模拟方式进行补偿，经过长时间使用之后，模拟运算放大器(OPA)的精准度会逐渐因误差长久累积而经常失真，还是需要进行校正才能确保精准度。
但目前一般测量组件的信号处理及显示，近年来已经发展到数字化的阶段，尤其一般电路中已广为应用单片机处理数字化信号及显示。因此，实有必要通过简易的电路设计，对目前应用于模拟运算放大器(OPA)的温度补偿技术提出改进，以提升到利用单片机以数字控制进行模拟运算放大器的温度补偿。
发明内容
所以，本发明的主要目的是在揭示一种应用于模拟运算放大器的数字化温度补偿方法，尤其在模拟运算放大器的工作温度是会剧烈变化的环境下，更适用于对模拟运算放大器补偿和校正因受到温度效应影响所产生的输出值误差。为解决上述技术问题，本发明提供提供一种应用于模拟运算放大器的数字化温度补偿方法，其特征在于首先使得模拟运算放大器的反相输入端及非反相输入端形成短路，以取得模拟运算放大器真正因温度效应影响所产生的数字化失调电压输出值A，再将输出值A补偿到模拟运算放大器紧接着在有外部输入源的情况下所取得的数字化输出值B中，使得模拟运算放大器得到温度补偿和输出不受失调电压影响的输出值。
本发明的另一主要目的是在揭示一种模拟运算放大器数字化温度补偿电路，包括一电子开关、一模拟运算放大器、一反馈电路及一单片机，其特征在于模拟运算放大器的反相输入端及非反相输入端可提供给外部输入源连接，且输出端并联连接到所述的单片机的A/D输入端和经由所述的反馈电路连接到反相输入端；所述的电子开关跨接所述的模拟运算放大器的反相输入端及非反相输入端，且由所述的单片机控制开闭切换，以及所述的单片机通过控制切换所述的电子开关的开闭，可取得模拟运算放大器无外部输入源的输出值和外加输入源后所得到的输出值。所述的单片机可以执行以下工作流程，包括a.设定模拟转数字(A/D)功能；b.驱动单片机控制所述的电子开关处于呈通路状态；c.单片机取得模拟运算放大器无输入讯号源的输出值AD1；d.驱动单片机控制所述的电子开关处于呈断路状态；e.单片机取得内含有输出值AD1的输出值AD2；及f.进行温度补偿修正，计算由输出值AD2扣除输出值AD1。
所述的单片机的软件可以执行自行设定单片机读取补偿值的时间及间格的步骤。
模拟运算放大器经过本发明所示的数字化温度补偿方法之后，其输出电压随环境温度的变化只有很微小的变化，得到了很好的温度补偿，故本发明所示的数字化温度补偿方法能够有效解决模拟运算放大器因温度效应所产生的热漂移现象，提高了检测系统的精准度。
图1是一种应用于压力计且设有温度补偿电路的压力计电路；图2是本发明所示的一种应用于模拟运算放大器的数字化温度补偿电路方框图；图3是本发明所使用的单片机软件流程图；图4是本发明所示的数字化温度补偿方法应用到模拟运算放大器的实验数据图。
主要组件符号说明10.压力计电路 11.运算放大器电路12.定电压电路 13.压力测量电路14.温度补偿电路20.模拟运算放大器数字化温度补偿电路21.单片机 22.电子开关23.模拟运算放大器 24.反馈电路25.失调电压30.测量组件具体实施方式
如图2所示，本发明所示的模拟运算放大器数字化温度补偿电路20，是由一单片机21、一电子开关22、一模拟运算放大器23及一反馈电路24共同组成。
其中，模拟运算放大器23的反相输入端及非反相输入端是提供给测量组件30构成电性连接，使得测量组件30的输入讯号可从模拟运算放大器23的反相输入端及非反相输入端加入。
而模拟运算放大器23的输出端并联到单片机21的模拟转数字输入端口(A/D输入端口)和反馈电路24的输入端，而且反馈电路24的输出端连接到模拟运算放大器23的反相输入端。所以，模拟运算放大器23的输出讯号，一方面经由单片机21的A/D输入端口转成数字讯号后，再输入单片机21的内存(MEMORY)存储，另一方面又借助反馈电路24将输出讯号再反馈输入模拟运算放大器23的反相输入端。
电子开关22是一种通常处于呈断路状态的常开开关，且跨接于模拟运算放大器23的反相输入端及非反相输入端，但电子开关22的开闭切换，是由单片机21的输出端直接控制。
因此，借助单片机21控制电子开关22处于呈通路状态的时候，模拟运算放大器23的反相输入端及非反相输入端就会形成短路，且模拟运算放大器23在反相输入端及非反相输入端形成短路的情况下所取得的输出值，就是模拟运算放大器23在无外部输入源的情况下所取得的输出值。因此，在这种情况下所取得的输出值，就是模拟运算放大器23真因受到温度效应影响所正产生的失调电压25的输出值，且经由单片机21的A/D输入端口将失调电压25的输出值由模拟讯号转数字讯号后，可储存在单片机21的内存。
同理，借助单片机21控制电子开关22处于呈断路状态的时候，模拟运算放大器23的反相输入端及非反相输入端之间没有造成短路，故测量组件30的输入讯号就可从模拟运算放大器23的反相输入端及非反相输入端加入。因此，模拟运算放大器23在这种情况下所取得的输出值，就是包含测量组件30所对应的输出值加上因受到温度效应影响所产生的失调电压25输出值的总合，且经由单片机21的A/D输入端口将模拟讯号转数字讯号后，亦可储存在单片机21的内存。
所以，可通过单片机21的算术逻辑单元(ALU)计算，将模拟运算放大器23的输出值总合扣除减掉模拟运算放大器23受温度效应影响所产生的失调电压25输出值后，所得到的结果就是模拟运算放大器23经过温度补偿而不受失调电压25影响的输出值，就是模拟运算放大器23仅对应测量组件30输入值的输出量。
因此，本发明所示的一种应用于模拟运算放大器的数字化温度补偿方法，是包括1.先取得模拟运算放大器23在反相输入端及非反相输入端形成短路的情况下的数字化输出值A，即，取得模拟运算放大器23在无外部输入源的情况下因温度效应影响所产生的数字化失调电压25输出值A；2.将输出值A补偿到模拟运算放大器2 3紧接着在有外部输入源的情况下所取得的数字化输出值B中，即，输出值B扣除减掉输出值A后，使得模拟运算放大器23得到温度补偿和输出不受失调电压25影响的输出值。
而且，本发明所示的模拟运算放大器数字化温度补偿电路20是利用单片机21所烧录的软件来实施本发明所示的数字化温度补偿方法，所以单片机21的软件可以驱使单片机21的控制单元(CU)执行图3所示的工作流程，包括a.设定模拟转数字(A/D)的功能；
当供电后，单片机21软件会激活模拟转数字(A/D)的功能并设定参数值，完成参数设定后即进行步骤b。
b.驱动单片机21控制电子开关22处于呈通路状态；c.单片机21取得A/D值并储存为AD1；单片机21在此情况下所取得的A/D值，就是模拟运算放大器23在无输入讯号源的状态下因温度效应影响所产生的失调电压2 5输出值AD1；待单片机21执行确认是否完成读取AD1值后，单片机21的控制单元(CU)执行将AD1储存到内存中。
d.驱动单片机21控制电子开关22处于呈断路状态；e.单片机21取得A/D值并储存为AD2；单片机21在此情况下所取得的A/D值，就是内含有失调电压25输出值AD1的输出值AD2；待单片机21执行确认是否完成读取AD2值后，单片机21的控制单元(CU)执行将AD2储存到内存中。
f.开始进行温度补偿修正；通过单片机21的算术逻辑单元(ALU)计算由输出值AD2扣除输出值AD1，所得到的最终结果就是模拟运算放大器23经过温度补偿且不受失调电压25影响的输出值。
此外，依据模拟运算放大器23的工作环境需求，本发明所示的模拟运算放大器数字化温度补偿电路20可通过单片机21自行设定读取补偿值的时间及间格，故本发明可适用于各种模拟运算放大器23的不同应用及需求。
图4是本发明的实验数据图，当温度上升时，模拟运算放大器23的失调电压会随温度上升而上升，且失调电压所造成的漂移现象会直接反映在模拟运算放大器23的输出端，使得模拟运算放大器23的输出电压亦随温度变化而改变，故会造成量测上的误差。
因此，若能量测出因工作温度所造成的模拟运算放大器23偏移量，便能克服模拟运算放大器23因温度效应所造成的漂移误差。
由实验数据图显示，当温度由摄氏29度上升到50度时，模拟运算放大器23因受到失调电压影响的偏移量，会随温度增加而上升，且模拟运算放大器23所对应的输出也会随温度变化。但模拟运算放大器23经过本发明所示的数字化温度补偿方法之后，温度由29度上升到50度时，模拟运算放大器23的输出均维持在固定值，故本发明所示的数字化温度补偿方法确实能够有效解决模拟运算放大器23因温度效应所产生的热漂移现象。
权利要求
1.一种应用于模拟运算放大器的数字化温度补偿方法，其特征在于首先使得模拟运算放大器的反相输入端及非反相输入端形成短路，以取得模拟运算放大器真正因温度效应影响所产生的数字化失调电压输出值A，再将输出值A补偿到模拟运算放大器紧接着在有外部输入源的情况下所取得的数字化输出值B中，使得模拟运算放大器得到温度补偿和输出不受失调电压影响的输出值。
2.一种模拟运算放大器数字化温度补偿电路，包括一电子开关、一模拟运算放大器、一反馈电路及一单片机，其特征在于模拟运算放大器的反相输入端及非反相输入端可提供给外部输入源连接，且输出端并联连接到所述的单片机的A/D输入端和经由所述的反馈电路连接到反相输入端；所述的电子开关跨接所述的模拟运算放大器的反相输入端及非反相输入端，且由所述的单片机控制开闭切换，以及所述的单片机通过控制切换所述的电子开关的开闭，可取得模拟运算放大器无外部输入源的输出值和外加输入源后所得到的输出值。
3.如权利要求2所述的一种模拟运算放大器数字化温度补偿电路，其特征在于所述的单片机可以执行以下工作流程，包括a.设定模拟转数字(A/D)功能；b.驱动单片机控制所述的电子开关处于呈通路状态；c.单片机取得模拟运算放大器无输入讯号源的输出值AD1；d.驱动单片机控制所述的电子开关处于呈断路状态；e.单片机取得内含有输出值AD1的输出值AD2；及f.进行温度补偿修正，计算由输出值AD2扣除输出值AD1。
4.如权利要求3所述的一种模拟运算放大器数字化温度补偿电路，其特征在于所述的单片机可以执行自行设定单片机读取补偿值的时间及间格的步骤。
全文摘要
一种模拟运算放大器数字化温度补偿电路，可以减少模拟运算放大器在不同工作温度下所产生的输出漂移，包括一电子开关、一模拟运算放大器、一反馈电路及一单片机，且模拟运算放大器的反相输入端及非反相输入端可提供给外部输入源连接，而输出端并联连接到所述的单片机的A/D输入端和经由所述的反馈电路连接到反相输入端；所述的电子开关跨接所述的模拟运算放大器的反相输入端及非反相输入端，且所述的单片机利用切换所述的电子开关的开闭，可分别取得模拟运算放大器因输入端短路在无外部输入源下的温度效应所产生的输出值和外加输入源后所得到的输出值，再经过单片机运算减掉无外部输入源的输出值后，就使得模拟运算放大器达到温度补偿效果。
文档编号H03F3/45GK1645742SQ200510053748
公开日2005年7月27日 申请日期2005年3月11日 优先权日2005年3月11日
发明者李仁贵, 庄东霖 申请人:新晨科技股份有限公司