精密同步检测放大器有利于低电压测量

　　可实现同步检测以放大小直流电压，具有高线性度和出色的抗噪性。在涉及分流器、称重传感器、热电偶等的测量中需要此类电路。

　　图 1显示了放大器的框图。它在仪表放大器、可调非反相放大器和低通滤波器之间提供 1000 的固定增益。极性开关和仪表放大器将直流输入转换为双极性方波信号，因此可以应用同步检测技术。

　　图 2显示了框图前四个单元的电路。高品质运算放大器提供超低失调电压、极低噪声和 20 V/μs 的压摆率。所有电阻器的容差均为 1%，但 R1 至 R6 电阻器成对匹配至 0.05%。

　　图2放大器部分电路原理图（下面单独介绍滤波器）。

　　图 3显示了滤波器原理图。它是 4 极 Sallen-Key 低通滤波器的规范设计，直流增益为 2.576（参考文献 2），截止频率为 1 Hz，行截止率为 -80 dB/dec。

　　图 3低通滤波器原理图。

　　方波振荡器基于74HC4060芯片。频率设置为 577 Hz，这是接近的 50 Hz 和 60 Hz 谐波之间大致等距的素数。

　显示了 PCB。它是一块两层板，尺寸为 78 毫米 x 62 毫米（3.07 英寸 x 2.44 英寸）。所有模拟地均使用连接到电源地的单点的单独走线。所有测量均参考该公共点。
　　使用自制电压校准器（参考文献3）和6.5位万用表评估电路性能。两块板之间放置了一个 100:1 分压器，以提高输入电压分辨率。
　　传递函数用拟合线近似；直线方程如下：

　　(1) VBF = 1001.1 * VIN – 0.013

　　图5显示了V OUT的实验数据与拟合线之间的偏差。误差在+1 和-1 mV 之间。相对于 10 V 的满量程电压，这是一个非常好的结果。传递函数中的 13 mV 偏移可以很容易地通过硬件取消，或者如果电路连接到微控制器，则可以通过固件取消。
　　图5电路性能：实验数据与拟合线的偏差在±1 mV范围内。
　　总之，您可以采取一些措施来提高成本和性能：
　　连接信号源和电路板的电线尽可能短。
　　U3 可以使用具有不太极端偏移电压规格的更便宜的运算放大器。
　　如果可能，请使用 2 极滤波器。封装中的第二个运算放大器可用于取消传递函数的偏移。