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2009年11月11日 (水)

ジャイロセンサの実用回路を考える

前回の実験結果をもとに、実用回路を考えてみます。

単一電源のオペアンプで0V近傍の信号を増幅するには、基本的に信号をオフセットするか、オペアンプを正負電源で動作させるのが定石です。
また、AD変換機の分解能が4.9mVと比較的高感度なので、そこそこ安定度のある回路でなければなりません。無信号時に信号が10mVもふらつくようではダメです。
これらの条件で回路を検討しましょう。

 
案1・Vrefの電圧を変えて直流分を信号に重畳させる
Vref_2
回路図はこのようなものです。センサのVref(基準電圧)を抵抗RAとRBで分圧しVrefより0,25V低いオペアンプ用の基準電圧を作ります。アンプのゲインは約10倍だから、これで無信号時に0.25X10=2.5Vの出力になりそうです。試してないのであくまでも推測ですが。
電源電圧5Vの中点なのでこれならアンプを有効に使えそうです。
しかし、これには問題があります。分圧回路を入れるとなると、Vrefから多少なりとも電流を引き出さなければなりませんが・・・ジャイロセンサのデータシートにはVrefに関するそういったデータがありません。500uA引き出せるのでしょうか、それとも5mA?そのときの安定度はどれくらいなんでしょう?
試してみるにせよ、安定度の測定となると、ゲイン10倍のアンプの入力部の安定度ですから、uVくらいの測定が出来る測定器が必要です。テスターとオシロではちょっとばかり心もとないです。

 
案2・ジャイロセンサのGNDを持ち上げる
Gnd_2
この回路では、定電圧電源を追加してジャイロセンサのGNDを2Vほど持ち上げてしまいます。これで無信号時の電圧を2Vほどに持っていくことが出来ます。2.5Vにしないのはジャイロセンサの動作電圧を3Vにしたいからです。データシートによると、ジャイロセンサの電源電圧は最低2.7V必要です。
この回路は定電圧回路が必要ですが、この電圧はアンプのゲインに絡まないので、温度変化などによる電圧変動が5mVくらいまでは許容できます。これなら普通の三端子レギュレータでも大丈夫そうです。
部品は増えますが、今後の調整などを考えるとこちらの方が良さそうです。

 
と、いうことで案2のコンセプトで実用回路を試してみます。


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