AD7794在高精度低功耗測(cè)量裝置中的應(yīng)用

　　其中，MSP430F1611是一款超低功耗混合信號(hào)處理器，共有一種活動(dòng)模式(AM)和五種低功耗模式(LPM0～LPM4)。在待機(jī)方式下，其耗電為0．7uA；在節(jié)電方式下，最低可達(dá)0．1uA。AD7794與MSP430F1611的連接十分靈活。下面霞點(diǎn)描述典型的傳感器及調(diào)理電路的設(shè)計(jì)，如圖3所示。其中AD7794有三套(參考電壓和被測(cè)電壓)六路差分輸入端，該電路可任選一套接入。

圖3 AD7794輸入電路設(shè)計(jì)

整個(gè)電路主要由傳感器電橋與信號(hào)調(diào)理電路組成，傳感器以差分方式輸m信號(hào)，即通過輸出正和輸出負(fù)兩端的電壓差值來表示。當(dāng)被測(cè)非電鼉發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起傳感器的電阻值發(fā)生變化，而此變化會(huì)線性的反應(yīng)在R7和R9左端的電位差(電壓)上，通過采集這個(gè)電位的差值信號(hào)就可以計(jì)算被測(cè)量及其變化。模擬的傳感器信號(hào)通過AD7794一AIN+和AD7794_AIN一差分端口送到AD7794進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。在實(shí)際使用的過程中，有可能輸入的模擬信號(hào)電J丘受到干擾而有較大范圍的波動(dòng)，如果直接將傳感器上的信號(hào)接入到AD，則在極端情況下，如瞬態(tài)靜電高壓，就有可能造成對(duì)AD7794永久性的損壞。因此，電路中采用二極管D1、D2、D3和D4使輸入信號(hào)被鉗制在一個(gè)安全的范圍之內(nèi)，從而起到過壓(包括正和負(fù))保護(hù)的作用。電阻R7、R8、R9和R10作為限流電阻使用(其阻值對(duì)于信號(hào)而言幾乎沒有影響)，進(jìn)一步保護(hù)了后級(jí)電路。cl和C2能有效地濾除進(jìn)入電路的射頻干擾，對(duì)靠近電臺(tái)的地區(qū)使用特別有效。

　　AD7794的參考電壓可取自內(nèi)部，也可取A于外部。但是當(dāng)測(cè)量外部電橋信號(hào)時(shí)，使用外部參考電壓比較有效，所以在本電路中使用了外部參考。當(dāng)使用AD7794在測(cè)量微小信號(hào)的時(shí)候．就會(huì)用到片內(nèi)低噪聲儀表放大器，這樣可以有效地降低外部噪聲的干擾，比如說，當(dāng)內(nèi)部放大器的增益為64時(shí)，所引入的噪聲典型有效值只有40nV。但是當(dāng)運(yùn)放的增益大于等于4的時(shí)候，其共模電壓不能夠太低，否則會(huì)使運(yùn)放的特性變壞。根據(jù)需要，當(dāng)AD7794工作與斬波模式時(shí)，輸入共模電壓((AD7794 )+( 一))必須大于． ，這樣才_(tái)AIN+ AD7794 AIN ／2 0 5V能保證輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范隔；并且，當(dāng)使用內(nèi)部放大器時(shí)，如果所使用的外部參考電壓VREF接近模擬電源AVDD時(shí)，則實(shí)際輸入的模擬信號(hào)值不能超過(Vr。lgain)的90％，否則AD在輸入信號(hào)的高低兩端的線性度會(huì)變差。為了很好的解決這個(gè)問題，在本電路中使用了R6和R12，這樣可以使AD7794的參考電壓AD7794．REF+和AD7794 REF一不至于接近模擬電源的極限電壓。整個(gè)電路采用橋式輸入，這樣，在外接電源在小范圍內(nèi)有波動(dòng)的時(shí)候，可以保證實(shí)際加入到放大器的差值電壓和輸入的參考電壓不受外界的影響。

　　AD7794采用偏移二進(jìn)制編碼，當(dāng)使用單極性信號(hào)時(shí)(Ain+ - Ain > 0)，其輸入電壓與輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系為：

　　這個(gè)D直接代表了被測(cè)量。這里，G為總增益。(REF+ - REF-)為差分參考電壓，(Ain+ - Ain-)為輸入差壓信號(hào)。

　　而當(dāng)使用雙極性信號(hào)時(shí)(REF>Ain+ - Ain>0如或0>Ain+ - Ain>-REF，輸出特性變?yōu)椋?p>

　　要用外部參考電壓時(shí)，由于R5、R7、R11可以忽略，因此有：

　　在理想傳感器中，

R為測(cè)量電橋的總電阻，也即橋臂電阻，靜態(tài)時(shí)R1=R2=R3=R4=R，為測(cè)量時(shí)的每臂電阻變化量。可見，使用外部參考電壓(同時(shí)做為傳感器電壓激勵(lì))時(shí)，ADC輸出數(shù)據(jù)與傳感器變化，即與被測(cè)量直接相關(guān)，與參考電壓的實(shí)際值無關(guān)!這就對(duì)參考電，愛的穩(wěn)定性要求大大降低了。當(dāng)然，參考電瓜要符合ADC的量值要求，并且，在一次測(cè)量(轉(zhuǎn)換)中仍然要求不變(短期穩(wěn)定即可)。