3 月 12 號，世界衛生組織宣布新冠肺炎為全球性流行病。抗疫正從中國的“人民戰爭”變成一場“世界大戰”，很多事情正在微妙和快速的變化。額溫槍和口罩一樣，成為抗疫以及復產復工必不可少的日常用品，額溫槍成了市場上炙手可熱的產品，很多廠家開始步入這個市場。額溫槍也有很多種方案，比如 SOC 方案，數字傳感器方案以及通用 MCU+高精度運放方案。其中通用 MCU+高精度運放方案是比較容易量產的方案，其他方案現在都面臨著產能不足的缺陷。為了加快廣大廠家的研發進度，本文以問答形式整理了運放在額溫槍應用設計中應該注意的幾個問題。

　　問題 1：是否只能選擇失調電壓為 10uV 以下的高精度運放？

　　答：上圖是某款額溫槍使用到的量產方案示意圖，從圖中可以看到，為了讓運放穩定工作，需要給運放一個穩定的靜態工作點，例如本圖中的 1.25V，熱電堆沒有信號輸出時，運放的輸出等于：

　　Vo=1.25V+Vos*511，其中，511 是運放電路的放大倍數，失調電壓 Vos 以及熱電堆信號 VTH 均被運放電路放大。

　　GS8331 的最大失調是 10uV，在靜態時，片與片的 Vo 輸出在 1.25 上下變化 5.11mV；GS8551 和 GS8591 的最大失調是 30uV，在靜態時，片與片的 Vo 輸出在 1.25V 上下變化 15.33mV。

　　當運放芯片焊接到電路板時，Vos 就已經固定了，假設焊接的 GS8551 的 Vos 等于 5uV，Vo 的靜態輸出固定等于 Vo=1.25V+5uV*511=1.252555V，在這把額溫槍測試人體溫度時，Vo=1.252555V+VTH*511，額溫槍出廠校準時會把 1.25V+Vos*511 這個值存儲起來，并且每次測溫的時候，輸出值減掉這個存儲值就等于 VTH*511，因此可以準確反應 VTH*511 這個所需要的信號，因此不一定需要 Vos 很小的高精度運放。

　　當然，Vos 也不能選用太大，因為 Vos 太大會導致運放電路的輸出動態范圍變小，影響額溫槍的溫度測試范圍。

　　問題 2：高精度運放的輸入失調電壓溫度漂移對額溫槍的應用有什么影響？

　　答：醫用額溫槍的國家標準中規定

　　1，環境溫度 16°C~35°C

　　2，溫度顯示范圍 35°C~42°C，最大誤差±0.2°C。

　　環境溫度從 16°C 到 35°C，差值為 19 攝氏度，如果選用普通的運放，溫度漂移一般在 2uV-3uV 每攝氏度，因此在 19 攝氏度的范圍內，輸入失調電壓 Vos 會漂移 38uV-57uV，而市場上常見的熱電堆傳感器，1 攝氏度產生的信號一般是幾十個 uV，以 80uV 舉例，±0.2°C 對應±16uV 的漂移，所以如果使用普通運放的話，單單運放引入的誤差就超過了國家標準。

　　而聚洵半導體零漂移運放的溫漂最大值為 50nV/°C，輸入失調電壓 Vos 在國家標準的溫度范圍內最大漂移 0.95uV，遠小于 16uV 的國家標準，因此在額溫槍應用中，必須選用零漂移運放。

　　問題 3：額溫槍對高精度運放的帶寬有什么要求？

　　答：額溫槍在測試人體溫度時，并不需要很高的頻率，因此在設計運放電路時，可以通過外圍電路來限定運放環路的帶寬，從而抑制高頻噪聲，因此一般會在反饋電阻上并一個比較大的反饋電容。

　　如問題 1 所示的電路圖中，只要運放的帶寬足夠大，那么環路的帶寬由 Cf 和 Rf 所組成的極點來決定。

　　問題 1 圖中，fp=1/(2πRfCf)=1/(6.28*100nF*510K)=3.12Hz

　　聚洵半導體的高精度運放 GS8331 的帶寬是 350K，GS8552 的帶寬是 1.8M，GS8591 的帶寬是 4.5M，都遠遠大于 3.12Hz，因此上述三種高精度運放都可以用在額溫槍應用中。

　　問題 4：Vref 的電壓怎么產生？

　　答：Vref 電壓可以由以下二種方式產生：

　　1，單獨的 LDO 或者基準芯片產生

　　這種方式需要單獨增加芯片，會增加整個方案的 bom 成本，而且因為一般的 LDO 以及基準芯片的輸出都是固定電壓的，調整 Vref 電壓不是很靈活。

　　2，兩個電阻分壓產生

　　使用這種方式，分壓電阻不能取得太大，否則驅動能力不夠，會造成測量誤差。

　　如上圖所示，假設 R2 是 12.5K，R1 是 17.5K，Vref 電壓等于 1.25V，當傳感器測量溫度產生的信號是 1mV 時，1mV 的壓差在 Ri 產生的電路是 1uA，1uA 需要通過 R1 和 R2 以及傳感器流出，而傳感器的阻抗很高，所以大部分電流必須通過 R1 和 R2 流出，因此勢必造成 Vref 改變，具體算法如下：（3Vref）/R1=1uA+Vref/R2，帶入 R1 和 R2 的阻值，可以算出 Vref=1.242V，比實際的 Vref 減小 8mV，折算到傳感器 VTH 的信號端為 8mV/511=15.6uV，即每 mV 的壓差影響 15.6uV 的精度，因此會直接影響溫度測試的準確性。

　　為了解決這個問題，可以把電阻取小一些，比如 R2=1.25K 和 R1=1.75K，但這兩個分壓電阻引入的功耗等于 1mA，大大增加整個系統的功耗。

　　3，兩個電阻分壓并且增加一個電壓 buffer 產生

　　使用這種方式，可以增加 R1 和 R2 的阻值來減小功耗，并且通過 buffer 來增加驅動能力，但是 R1 和 R2 的阻值也不能選太高，否則電阻引入的噪聲也會變大。

　　這種方式需要引入 1 路運放，再加上放大電路需要 1 路運放，因此可以使用一個 2 路運放來實現整體方案，可以選用聚洵半導體雙通道運放 GS8552，GS8592，GS8332 實現。