利用內(nèi)置PGA的24位Σ-Δ型ADC AD7780實(shí)現(xiàn)電子秤設(shè)計(jì)

電路功能與優(yōu)勢(shì)
本電路為采用 AD7780構(gòu)建的電子秤系統(tǒng)。AD7780是一款引腳可編程、低功耗、低漂移24位Σ-Δ型ADC，內(nèi)置PGA，采用內(nèi)部時(shí)鐘。該器件將大多數(shù)系統(tǒng)構(gòu)建模塊置于芯片內(nèi)，因此能夠簡(jiǎn)化電子秤設(shè)計(jì)。該器件的典型功耗僅為330 μA，適合所有低功耗或電池供電應(yīng)用。AD7780還提供省電模式，不執(zhí)行轉(zhuǎn)換時(shí)，用戶可以切斷對(duì)橋式傳感器的供電，并使該器件進(jìn)入省電模式，從而延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。
利用內(nèi)置PGA的24位Σ-Δ型ADC AD7780實(shí)現(xiàn)電子秤設(shè)計(jì)

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圖1. 采用AD7780的電子秤系統(tǒng)（原理示意圖：未顯示所有連接）

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電路描述
AD7780提供一種集成式電子秤解決方案，可以直接與稱重傳感器接口。只需在模擬輸入端用一些濾波器，在基準(zhǔn)電壓引腳上配置一些電容等外部元件，便可滿足電磁屏蔽(EMC)要求。來自稱重傳感器的低電平信號(hào)由AD7780的內(nèi)置PGA放大。該P(yáng)GA經(jīng)過編程，以128的增益工作。AD7780的轉(zhuǎn)換結(jié)果通過USB接口送至PC，由PC將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為重量。
利用內(nèi)置PGA的24位Σ-Δ型ADC AD7780實(shí)現(xiàn)電子秤設(shè)計(jì)

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圖2. 采用AD7780的電子秤系統(tǒng)設(shè)置

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圖2所示為實(shí)際的測(cè)試設(shè)置。為實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能，該測(cè)試設(shè)置使用一個(gè)6線式稱重傳感器。除激勵(lì)、接地和2個(gè)輸出連接外，6線式稱重傳感器還有2個(gè)檢測(cè)引腳。這些檢測(cè)引腳分別與惠斯登電橋的高端和低端相連。因此，盡管線路電阻會(huì)引起壓降，但仍能精確測(cè)量該電橋上產(chǎn)生的電壓。此外，AD7780具有一路差分模擬輸入，接受差分基準(zhǔn)電壓。稱重傳感器差分SENSE線路與AD7780基準(zhǔn)電壓輸入端相連，可構(gòu)成一個(gè)比率式配置，不受電源激勵(lì)電壓的低頻變化影響，如果采用4線式稱重傳感器，則不存在檢測(cè)引腳，ADC基準(zhǔn)電壓引腳將與激勵(lì)電壓和地相連。這種配置中，由于存在線路電阻，激勵(lì)電壓與SENSE+之間將有壓降，因此系統(tǒng)不是完全比率式。另外，低端上也會(huì)有線路電阻引起的壓降。
AD7780具有單獨(dú)的模擬電源引腳和數(shù)字電源引腳。模擬電源和數(shù)字電源彼此獨(dú)立，因此AVDD和DVDD可以處于不同的電位。微控制器采用3.3 V電源。因此，DVDD也采用3.3 V電源供電。這樣就無需外部電平轉(zhuǎn)換，從而可以簡(jiǎn)化ADC與微控制器之間的接口。3.3 V數(shù)字電源可利用ADP3303 穩(wěn)壓器產(chǎn)生。
有多種方法可以為該電子秤系統(tǒng)供電，例如：利用主電源總線，或者利用ADP3303 (3.3 V)。用5 V電壓激勵(lì)電子秤時(shí)，必須使用主電源總線。用3.3 V電壓激勵(lì)稱重傳感器時(shí)，可以使用主電源總線或ADP3303 (3.3 V)。ADP3303 (3.3 V)是一款低噪聲穩(wěn)壓器。此外，按照ADP3303 (3.3 V)數(shù)據(jù)手冊(cè)的建議，在穩(wěn)壓器輸出端配有降噪電容。為優(yōu)化電磁屏蔽，穩(wěn)壓器輸出先經(jīng)過濾波，然后再給AD7780和稱重傳感器供電。由于電源或接地層上的任何噪聲都會(huì)給系統(tǒng)帶來噪聲，導(dǎo)致電路性能降低，因此必須用低噪聲穩(wěn)壓器產(chǎn)生供給AD7780和稱重傳感器的電源。
如果使用靈敏度為2 mV/V的2 kg稱重傳感器，則激勵(lì)電壓為5 V時(shí)，來自稱重傳感器的滿量程信號(hào)為10 mV。稱重傳感器具有相關(guān)失調(diào)電壓或TARE。此TARE的幅度最高可達(dá)稱重傳感器滿量程輸出信號(hào)的50%。稱重傳感器還有最高可達(dá)滿量程±20%的增益誤差。一些客戶利用DAC來消除或抵消TARE。如果AD7780采用5 V基準(zhǔn)電壓，則增益設(shè)置為128時(shí)，其模擬輸入范圍等于±40 mV。相對(duì)于稱重傳感器的滿量程信號(hào)(10 mV)而言，AD7780的模擬輸入范圍較寬，這有利于確保稱重傳感器的失調(diào)電壓和增益誤差不會(huì)使ADC前端過載。