设计目标

设计 说明

某些 MSP430™微控制器 (MCU) 包含可配置的集成信号链元件，例如运算放大器、DAC 和可编程增益器。 。这些元件组成了一个称为智能模拟组合 (SAC) 的外设。有关如何使用SAC的模拟信号链功能的信息，请访问 MSP430 MCU 智能模拟组合培训。要开始设计，请下载MSP430 跨阻放大器电路设计文件。

跨阻运算放大器电路可以将输入电流源转换为输出电压。电流到电压的增益基于反馈电阻。当输入电流发生变化时，该电路可在输入源两端保持恒定的电压偏置，此特性对许多传感器都很有用。MSP430FR2311 中跨阻放大器 (TIA) 模块的特性使其特别适合于此功能；然而，此电路也可以通过 MSP430FR2311 SAC_L1 或具有额外片上集成的 DAC 和 PGA 功能的 MSP430FR2355 SAC_L3 来实现。这些集成放大器的输出可以直接通过片上 ADC 采样或通过片上比较器进行监测，以在 MCU 内部进行进一步处理。

设计说明

• 具有低输入偏置电流的运算放大器可减少直流误差。
• 可以向同相输入添加偏置电压，从而得到 0A 输入电流的输出电压。MSP430FR2355 SAC_L3 中的集成 12 位 DAC 可以用于实现此目的。
• 在线性输出电压摆幅（请参阅 A_ol 规格）内运行，从而最大程度地降低非线性误差。
• 如果该解决方案是通过 MSP430FR2311 实现的，则该电路可以由跨阻放大器 (TIA) 模块或 SAC_L1 实现。
• 如果该解决方案是通过 MSP430FR2355 SAC_L3 实现的，则应将运算放大器配置为通用模式。
• MSP430 跨阻放大器电路设计文件包含如何正确初始化外设的代码示例。

设计步骤

1. 选择增益电阻器。
${\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMax}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMin}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{iMax}}}=\frac{3.2\mathrm{V}-0.2\mathrm{V}}{30\mathrm{\mu A}}=100\mathrm{k\Omega }$
2. 选择满足电路带宽要求的反馈电容器。
${\mathrm{C}}_1\le \frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{p}}}$
${\mathrm{C}}_1\le \frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times 100\mathrm{k\Omega }\times 10\mathrm{kHz}}\le 159\mathrm{pF}\approx 150\mathrm{pF}\text{(Standard Value)}$
3. 计算使电路保持稳定所必需的运算放大器增益带宽 (GBW)。
$\mathrm{GBW}>\frac{{\mathrm{C}}_{\mathrm{in}}+{\mathrm{C}}_1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_1\times {{\mathrm{C}}_1}^2}>\frac{7\mathrm{pF}+150\mathrm{pF}}{2\times \mathrm{\pi }\times 100\mathrm{k\Omega }\times {\left(150\mathrm{pF}\right)}^2}>11.10\mathrm{kHz}$

设计仿真

直流仿真结果

交流仿真结果

目标 应用

• 烟雾和热量探测器
• 空气质量和气体检测
• 气体检测器
• 运动检测器
• 脉动式血氧计
• 血糖监测仪

设计参考资料

1. MSP430 跨阻放大器电路代码示例和 SPICE 仿真文件
2. 《模拟工程师电路设计指导手册》
3. MSP430FR2311 TINA-TI Spice 模型
4. MSP430 MCU 智能模拟组合培训

设计特色运算放大器

设计备选运算放大器

MSP430 相关电路