二用于傳感器測(cè)量的Δ∑ADC的特性

世界上有各種各樣的傳感器，除了ΔΣADC之外，還需要各種電路來(lái)測(cè)量這些傳感器。當(dāng)處理微小信號(hào)時(shí)，您可能需要在執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換之前放大信號(hào)。然后，您將需要一個(gè)放大器。AD轉(zhuǎn)換還需要參考恒壓源。測(cè)量電阻傳感器時(shí)，使用激勵(lì)電流源讓電流流過(guò)電阻非常有用。這樣，除了ΔΣ ADC之外，還需要各種模擬功能來(lái)進(jìn)行傳感器測(cè)量。將此類(lèi)模擬功能和ΔΣADC集成到單個(gè)芯片中的器件稱(chēng)為用于傳感器測(cè)量的ΔΣADC。

本節(jié)介紹如何配置傳感器的ΔΣ ADC。這是用于傳感器測(cè)量的ΔΣADC示例，僅是我們RX23E-A的模擬部分。為了方便說(shuō)明，我以這款RX23E-A為例進(jìn)行說(shuō)明，但即使是其他公司的設(shè)備也具有基本相同的配置。

?24位Δ∑ADC+可編程增益放大器（Programmable Gain Amplifier，PGA）+ 緩沖器（Buffer，BUF）

?參考電壓源（Reference Voltage Source，VREF）

?參考緩沖器（Reference Buffer，RBUF）+ 外部參考輸入

?激勵(lì)電流源（Excitation Current Source，IEXC）

?偏置電壓發(fā)生器（Bias-Voltage Generator，VBIAS）

?內(nèi)部溫度傳感器（Internal Temperature Sensor，TEMPS）

?低邊開(kāi)關(guān)（Low-Side Switch，LSW）

?數(shù)字濾波器（Digital Filter，SINC4）

通過(guò)使用這些功能，可以用最少的所需外部元件來(lái)組裝傳感器電路。后面，將逐一介紹每個(gè)功能。

2.1 24位Δ∑ADC+可編程增益放大器（PGA）+緩沖器（BUF）

PGA采用適合傳感器測(cè)量的全差分配置。

?應(yīng)用

溫度的高精度測(cè)量（熱電偶、RTD），應(yīng)變（力、重量、壓力等）、電壓、電流等。

?配置

可編程增益放大器（PGA），具有電壓跟隨器配置的緩沖器（BUF），Δ∑調(diào)制器。

?特性（適用于RX23E-A）

低偏移電壓、低溫度漂移（偏移/增益）、低噪聲

PGA增益：1、2、4、8、16、32、64、128倍

數(shù)據(jù)速率：7.6 SPS ~ 15.625 kSPS

2.2 參考電壓源（VREF）

該電路產(chǎn)生具有低溫度漂移的2.5V恒定電壓。

?應(yīng)用

Δ∑ADC的參考電壓、傳感器電源等。

?配置

產(chǎn)生約1.2V恒定電壓的BGR（BandGap Reference，帶隙基準(zhǔn)）和放大器電路的組合。

?特性（適用于RX23E-A）

溫度漂移：10ppm/℃（典型值）

初始精度：2.5V±0.1%（最大值）

負(fù)載電流：最大+/-10 mA

2.3 參考緩沖器（RBUF）+外部參考輸入

必須為ADC提供參考電壓。您可以使用內(nèi)置參考電壓VREF作為參考電壓，或者您可能想要使用除內(nèi)置參考電壓源之外的參考電壓源。

?應(yīng)用

當(dāng)不使用內(nèi)置VREF（例如比率法）時(shí)使用（RTD、電阻橋等）。

?配置

帶有RBUF的外部參考輸入，支持差分輸入（可輸入0至AVCC之間的任意電壓，例如RFF+ = 3V & REF- = 1V）。

?特點(diǎn)（針對(duì)RX23E-A）

RBUF/Enable的情況：

高輸入阻抗時(shí)輸入偏置電流為nA量級(jí)（但是，由于輸入電壓范圍窄，因此必須在距離電源軌向內(nèi)至少0.1V處使用）。

RBUF/Disable的情況：

支持軌到軌輸入（但是，會(huì)流過(guò)10uA量級(jí)的輸入偏置電流）。

2.4 激勵(lì)電流源（IEXC）

IEXC輸出50至1000uA的恒定電流。

2.5 偏置電壓發(fā)生器（VBIAS）

可以提供模擬電源電壓AVCC一半的電壓。

?應(yīng)用

提供輸入公共電壓VIC；

主要假設(shè)與熱電偶一起使用

?配置

電阻分壓器和電壓跟隨器

?特點(diǎn)（針對(duì)RX23E-A）

不支持大負(fù)載，建議最大100uA左右（高輸入阻抗電路所需）。

2.6 內(nèi)部溫度傳感器（TEMPS）

實(shí)際上是一個(gè)測(cè)量芯片溫度的電路。

?應(yīng)用

溫度修正

? 配置

BGR（帶隙基準(zhǔn)）和VPTAT（與絕對(duì)溫度成比例的電壓）的結(jié)合（PTAT：Proportional To Absolute Temperature ）。

?特點(diǎn)（針對(duì)RX23E-A）

精度：最大±5°C

精度：取決于數(shù)據(jù)速率，但可以以毫米度為單位進(jìn)行測(cè)量

2.7 低邊開(kāi)關(guān)（LSW）

這是一個(gè)CMOS模擬開(kāi)關(guān)電路。

?應(yīng)用

開(kāi)關(guān)電源給傳感器供電

?配置

路1觸點(diǎn)（SPST*）

*SPST：?jiǎn)蔚秵螖S

?特點(diǎn)（針對(duì)RX23E-A）

導(dǎo)通電阻：最大10歐姆

允許電流：最大30毫安*1

*1：當(dāng)5V施加到120Ω應(yīng)變片時(shí)，電流超過(guò)允許電流。

2.8 數(shù)字濾波器（SINC4）

它不是模擬電路，但也想解釋一下數(shù)字濾波器。前面講過(guò)，Delta Sigma通過(guò)對(duì)大量1位進(jìn)行平均來(lái)提高分辨率。數(shù)字濾波器對(duì)這批1位進(jìn)行平均。數(shù)字濾波器有多種類(lèi)型，但大多數(shù)ΔΣADC都有一種稱(chēng)為SINC濾波器的數(shù)字濾波器。對(duì)于RX23E-A，有4個(gè)SINC濾波器：如圖所示，傳遞函數(shù)是四階濾波器，因此它乘以四次方。

?應(yīng)用

通過(guò)LPF特性衰減高頻噪聲

特定頻段的噪聲抑制（例如50/60Hz）

?配置

四階SINC濾波器

?特點(diǎn)

穩(wěn)定時(shí)間：約4Ts[sec]???需要采樣時(shí)間的4倍。（穩(wěn)定時(shí)間是指從A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始后到輸出第一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的時(shí)間。）

傳遞函數(shù)和頻率特性