ERT中多通道程控增益放大電路設計

摘要 針對ERT(電阻層析成像)，并行數據采集中通道數多且采集到的微弱信號變化范圍較大的特點(diǎn)，提出了一種新的多通道程控增益放大電路設計方案。方案中通過(guò)檢測各通道中輸入信號的大小，相應地調節各通道輸入信號的放大倍數。使其滿(mǎn)足模數轉換器(ADC)的輸入要求，從而進(jìn)行A／D采樣。介紹了基于A(yíng)D603的程控增益放大電路設計方案，實(shí)現方法以及實(shí)驗結果。研究設計的多通道程控增益放大電路具有一定的通用性。
關(guān)鍵詞 ERT；多通道；程控增益；AD603

電阻層析成像(Electrical Resistance Tomography，ERT)技術(shù)是基于電學(xué)敏感原理對物場(chǎng)中的電阻率信息進(jìn)行檢測的一種過(guò)程層析成像(Process Tomography)技術(shù)。該技術(shù)具有無(wú)輻射、可視化、非侵入等優(yōu)點(diǎn)，使得ERT技術(shù)在工業(yè)過(guò)程檢測和醫學(xué)臨床監控等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。
在基于并行數據采集的ERT系統中，由于各測量電極上輸出的電壓信號不同，則各采樣通道送到模數轉換器輸入端的電壓信號也各不相同，因此不能采用固定增益的放大電路對信號進(jìn)行放大。同時(shí)，由于所要測量的微弱信號的動(dòng)態(tài)范圍較寬，所以要求各通道中的放大電路能根據輸入信號的大小，而做出相應的增益調整，從而提高整個(gè)系統的分辨率。文中就上面的問(wèn)題，對多通道的程控放大電路設計展開(kāi)研究。

1 多通道程控放大電路的系統組成
由多通道程控放大電路組成的采樣電路的基本組成如圖1所示。整個(gè)電路由放大模塊、增益控制模塊、A／D轉換模塊、微控器以及EEPR-OM模塊組成。放大電路將微弱的輸入信號放大到模數轉換器的合適量程范圍內。

程控放大的過(guò)程為：檢測測量電極上輸出的電壓信號，判斷是否滿(mǎn)足A／D轉換的輸人要求，若不滿(mǎn)足則微控器利用增益控制模塊對放大電路進(jìn)行增益控制，使其達到要求。

2 系統硬件設計
在多通道程控放大電路的硬件設計中，主要是設計信號放大模塊，增益控制模塊以及微控器模塊。其中信號放大模塊的主要功能是放大各通道輸出的微弱信號；而增益控制模塊主要是檢測放大后的信號是否滿(mǎn)足A／D轉換器的輸入要求，若不滿(mǎn)足則控制信號放大模塊，進(jìn)行程控放大；反之，則不做任何輸出變化，微控器模塊主要完成對增益模塊的控制。
2．1 信號放大模塊
在信號放大模塊的設計中，所涉及的芯片包括INA128，AD603和AD817。設計原理圖如圖2所示。

由于ERT系統測量的信號是mV級甚至更小，而在多通道程控放大的電路中信號是同時(shí)采集放大的，容易出現共模干擾，為保證信號的有效性，去掉干擾，圖中選用儀表放大器INA128以減少干擾。其中INA128具有低輸入失調電壓50μV；低失調電壓漂移0．5μV／℃；高輸入阻抗；低輸入偏置電流5 nA；高共模抑制比120 dB(G=100)等優(yōu)點(diǎn)。