揭開Σ-ΔADC的神秘面紗

圖5 3線和4線RTD測量

　　MAX1402內(nèi)部兩個匹配的200μA電流源可用來補償3線或4線RTD配置中引線電阻造成的誤差。在3線配置中，兩個匹配的200μA電流源分別流過RL1和RL2，這樣，AIN1和AIN2端的差分電壓將不受引線電阻的影響。這種補償方法成立的前提是兩條引線材質(zhì)相同，并具有相同的長度，還要求兩個電流源的溫度系數(shù)精確匹配 （MAX1402為5×10-6/℃）。4線配置中引線電阻將不會引入任何誤差，因為在連接到AIN1和AIN2的測量引線中基本上沒有電流流過。在此配置中，電流源OUT1被用來激勵RTD傳感器，電流源OUT2被用來產(chǎn)生參考電壓。在這種比例型配置中，RTD的溫漂誤差（由RTD激勵電流的溫漂引起）被參考電壓的漂移補償。

　　3. 智能4"20mA變送器

　　老式的4"20mA變送器采用一個現(xiàn)場安裝的敏感元件感測一些物理信息，例如壓力或溫度等，然后產(chǎn)生一個正比于待測物理量的電流，電流的變化范圍標準化為4"20mA。電流環(huán)具有很多優(yōu)點：測量信號對于噪聲不敏感；可以方便地進行遠端供電。第二代4"20mA變送器在遠端進行一些信號處理，通常采用微控制器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，如圖6所示。這種變送器首先將信號數(shù)字化，然后采用微控制器內(nèi)置的算法進行處理，對增益和零點進行標準化，對傳感器進行線性化，最后再將信號轉(zhuǎn)換到模擬域，作為一個標準電流通過環(huán)路傳送。第三代4"20mA變送器被稱為"靈巧且智能"，實際上是在前述功能的基礎(chǔ)上增加了數(shù)字通信（和傳統(tǒng)的4"20mA信號共用同一條雙絞線）。利用通信信道可以傳送一些控制和診斷信號。MAX1402這樣的低功耗器件對于此類應用非常適合，250μA的功耗可以為變送器中的其余電路節(jié)省出可觀的功率。智能變送器所采用的通信標準是Hart協(xié)議。這是一種基于Bell 202電信標準的通信協(xié)議，工作于頻移鍵控方式（FSK）。數(shù)字信號由兩種頻率組成：1200Hz和2200Hz，分別對應于數(shù)碼1和0。兩種頻率的正弦波疊加在直流模擬信號上，通過同一條電纜同時傳送。因為FSK信號的平均值總是零，因此4"20mA模擬信號不會受到影響。在不干擾模擬信號的前提下，數(shù)字通信信號具有每秒更新2"3個數(shù)據(jù)的響應速度。通信所需的最小環(huán)路阻抗是23Ω。

圖6 智能4"20mA變送器

　　小結(jié)

　　在高集成度調(diào)理系統(tǒng)出現(xiàn)之前，過程控制通常采用多個獨立的芯片實現(xiàn)信號調(diào)理和處理。Σ-Δ技術(shù)降低了這部分電路的成本、空間需求和功率需求（事實上多數(shù)應用只需要+3V/+5V單電源）。這種特性尤其適合于電池供電的便攜系統(tǒng)。元件數(shù)量的降低同時還改善了系統(tǒng)的可靠性。