硬件电路:PCB模拟电路拉高参考地电压

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在称重传感器硬件电路中，运放两端的电压轨道的选择，输入的处理方式和原理，最后给出相应的电路原理图。

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一、应用场景化提出问题

问题场景：三运放仪表放大器在处理传感器信号时，我们需要事先选择运放两轨道的VDD和VSS，首先，传感器的信号往往时微小的，以我做过的一个称重传感器为例，传感器的变化电压约为10g/mV，考虑一下，如果我们要从0g开始测量物体的重量，我们可以把运放的VSS端直接设为0V嘛？

仪表放大器



运放参考电压选择

给出回答：显然是不能的，因为即使对于轨到轨的运算放大器来说，输出电压Vol也会比它的低电压轨道VSS高出5mv甚至以上，如果我们单纯地把运放的低压参考端设置成0，这会影响到我们最终产品的 精度

二、负压轨道 电路设计

上图中的U3为一个2.5V的稳压二极管， D1 是正向为0.3v的肖特基二极管。        

先来看一下仪表放大器的输出公式：

如果不懂上图仪表放大器的同学可以参照本文：硬件电路:三运放仪表放大器电路输入输出计算详解

        再结合仪表放大器的电路图来看，我们的Uc是和U1和U2的差值成一个正比例关系的，而在图中，看图：

示例一（错误示例）

错误原因：我们主要看参考地平面，一般我们设置地平面通常都是设置到电源输入的负端，这样肖特基二极管D2、D3的阴极电压就和地接轨了，我们把这个点电压接入到运放的VSS端是不行的，就像我们开头说的一样。

示例二（正确示例）

        看看这个电路和 上一个电路的区别，就是参考地平面现在放在了稳压二极管和肖特基二极管之间，我们吧这个地方当作我们的地平面，这样一看，在我们电源输入不变的情况下，电源的正极相对于参考地平面来说减少了一个二极管的压降0.7V变成了4.3V，同样电源的负极相对于参考地平面也减少了0.7V变成了-0.7V，但是电源是不变的，这样我们把探针2的电势接入到运算放大器的VSS端，把探针1的电势接入到运算放大器的VDD端，这样就构建了一个-0.7V~4.3V的运放轨道，保证了最小的输出电压也能正常输出。

        特别注意点：上面讲到参考地平面的选择，参考地平面并不是一定0V的，只是我们把它当作0电势参考面，这样方便我们计算电势差。（举个不恰当的例子，就像在高原盖高楼和挖地窖一样，如果以海平面为参考面，那无疑两个的对地高度都是很大的正数；如果以高原本身为参考面，那么高楼的对地高度是正的，地窖是负的）

完善电路图

        我们在负电压电路和电源之间加入一个PMOS防反接电路和一个指示灯，这样一个可以直接用的电路就好了（防反接的工作原理很简单，大家自行查看）。

PCB原理图