讓傳感器匹配轉(zhuǎn)換器還是讓轉(zhuǎn)換器匹配傳感器

就模擬轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)而言，您會(huì)選擇的初始設(shè)計(jì)方法可能是查看需要的精度，然后使用一個(gè)能夠獲得相應(yīng)精度的ADC。為了達(dá)到要求的準(zhǔn)確度或精度，需要給系統(tǒng)加裝一些必要的增益模塊，以便讓有效模擬范圍覆蓋ADC的動(dòng)態(tài)范圍。

但是，我們還可以選擇另一種方法。您可以使用一個(gè)24位轉(zhuǎn)換器來(lái)消除增益模塊及其產(chǎn)生的補(bǔ)償、漂移和噪聲(您會(huì)在12位到16位系統(tǒng)中找到他們)。24位轉(zhuǎn)換器是一款更為簡(jiǎn)單的解決方案。另外，您還可以在相同或者更低成本的情況下獲得更高的性能。

您或許可以只使用24位ADC范圍的一部分便能夠完成設(shè)計(jì)。是的，沒(méi)錯(cuò)，您可能會(huì)去掉一些位！在這種情況下，您仍然能夠達(dá)到或者提高原始12或16位系統(tǒng)的分辨率和精度。相比12位ADC，24位轉(zhuǎn)換器擁有4096的即時(shí)系統(tǒng)增益優(yōu)勢(shì)，以及一種附加的可編程增益放大器(PGA)功能。Δ-Σ轉(zhuǎn)換器中的內(nèi)置PGA功能，可以再增加64到128倍增益(具體情況根據(jù)產(chǎn)品不同而不同)。

作為設(shè)計(jì)過(guò)程的第一步，您常常會(huì)查看您將要使用的傳感器，然后檢查傳感器的輸出范圍。之后，您會(huì)將傳感器的輸出范圍同A/D轉(zhuǎn)換器輸入匹配。在這一過(guò)程中，您需要一個(gè)模擬增益單元來(lái)讓傳感器/ADC匹配有效。或者，您可能會(huì)不加思考地試圖找到一種能夠匹配您傳感器輸出范圍的ADC。請(qǐng)不要這樣做。盡量多考慮系統(tǒng)噪聲影響，其中的實(shí)際系統(tǒng)分辨率和精度是兩個(gè)重要的規(guī)范。

例如，如果一個(gè)12位的系統(tǒng)，您有一個(gè)250 V/V模擬增益的5V范圍，則系統(tǒng)LSB等于5V/250/212，即4.88mV。圖1.A描述了這類系統(tǒng)。

圖1.A 12位SAR(A)顯示了一個(gè)通過(guò)放大器連接至轉(zhuǎn)換器的傳感器。一個(gè)24位Δ-Σ(B)顯示了一個(gè)直接連接至轉(zhuǎn)換器的傳感器。

現(xiàn)在，將傳感器信號(hào)放入一個(gè)沒(méi)有增益的24位轉(zhuǎn)換器中(請(qǐng)參見(jiàn)圖1.b)。您可以這樣做，因?yàn)?4位系統(tǒng)的LSB大小相當(dāng)于有一個(gè)4096的模擬增益。使用這種設(shè)計(jì)方法時(shí)，需通過(guò)使用ADC的差動(dòng)輸入去除模擬電平轉(zhuǎn)換的影響。這樣便讓您可以在使用傳感器輸出定位您的正ADC輸入時(shí)，向您的負(fù)ADC輸入施加電壓。盡管24位ADC的總范圍是動(dòng)態(tài)的，但您的傳感器輸出可能僅僅覆蓋一部分ADC輸出碼。選擇這部分ADC范圍后，您可以將注意力集中于信號(hào)響應(yīng)的較理想?yún)^(qū)域。使用一個(gè)具有23位有效精度的24位ADC，就像是在轉(zhuǎn)換器范圍使用2048個(gè)單獨(dú)的12位轉(zhuǎn)換器。

在今后的一些文章中，我們將討論在一個(gè)測(cè)力計(jì)和濕度傳感器應(yīng)用中如何實(shí)施這些想法。在這兩種情況中，我們將比較系統(tǒng)的性能和成本。通過(guò)評(píng)估一些不同類型的低速電路，我們將對(duì)比12位應(yīng)用和24位實(shí)施說(shuō)明這種新設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)。