用于±10 V輸入的單電源、完全隔離式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

增益、輸出失調(diào)和電阻值的計(jì)算

若輸入電壓范圍為±10 V，則計(jì)算如下。

電路的增益為：

由等式4可知，對(duì)于k =1.23（該值可變動(dòng)，具體取決于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值電阻R1和R2的值），R4/R的比值可計(jì)算如下：

R4 = 9.696R （8）

由等式7可知，若VREF = 2.5V且k =1.23，則R5/R0的比值可計(jì)算如下：

R5 = 1.46R0 （9）

由等式2中的電阻R和R0，以及等式8和等式9中的比值可知，R4/R6比值可計(jì)算如下：

R4 = 5.346R6 （10）

由等式8、等式9和等式10可知，電阻R4、R5和R6可計(jì)算如下。例如，若選擇R6 = 10 kΩ，則R4 = 53.46 kΩ，R5 =12.3 kΩ。

在實(shí)際電路中，為電阻R4和R5選擇了最接近現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的電阻值。所選值為R4 = 52.3 kΩ，R5 = 12 kΩ。注意，R1 = R4，R2 = R5.

如果仔細(xì)選擇這些值，因使用替代標(biāo)準(zhǔn)值電阻導(dǎo)致的總誤差可降至幾個(gè)百分點(diǎn)以下。然而，應(yīng)通過(guò)等式1來(lái)重新計(jì)算U1A運(yùn)算放大器在±10 V輸入下的輸出，以確保維持所需裕量。

這類電路的絕對(duì)精度主要取決于電阻，因此，需要進(jìn)行增益和失調(diào)校準(zhǔn)，以消除因替代標(biāo)準(zhǔn)值電阻和電阻容差導(dǎo)致的誤差。

計(jì)算不同輸入范圍的電阻

對(duì)于±10 V以外的輸入范圍，可完成下列計(jì)算步驟。

定義輸入范圍、輸出范圍和失調(diào)：

計(jì)算增益：

用等式2中定義的數(shù)值替換等式17和等式18中的R和R0，并求解兩個(gè)等式，得出R4/R6比值。

選擇電阻R6的值。通過(guò)R4/R6比值算出R4.得到R4和R6數(shù)值，通過(guò)等式2和R4/R6比值計(jì)算R5.通過(guò)等式16計(jì)算R2和R1.可適當(dāng)選擇R1 = R4并計(jì)算R2.

電阻溫度系數(shù)對(duì)總誤差的影響

公式1表明，輸出電壓與以下五個(gè)電阻相關(guān)：R1、R2、R4、R5和R6.TP1處的滿量程輸出電壓對(duì)這五個(gè)電阻中每個(gè)阻值的微小變化敏感，其靈敏度通過(guò)仿真程序計(jì)算。電路的輸入電壓為+10 V.計(jì)算得到的各靈敏度為SR1 = 0.19、SR2 = 0.19、SR4 = 0.39、SR5 = 0.11、SR6 = 0.50.假設(shè)各溫度系數(shù)以和方根（rss）方式組合，則采用100 ppm/°C電阻時(shí)，總滿量程漂移約為：

滿量程漂移=

= 100 ppm/°C√（SR12 + SR22 + SR42 + SR52 + SR62）

= 100 ppm/°C√（0.192 + 0.192 + 0.392 + 0.112 + 0.502）

= 69 ppm/°C

69 ppm/°C的滿量程漂移對(duì)應(yīng)于0.0069% FSR/°C.使用25 ppm/°C電阻可將漂移誤差降低至0.25×69 ppm/°C = 17 ppm/°C，或者0.0017% FSR/°C.

有源元件溫度系數(shù)對(duì)總誤差的影響

AD8606運(yùn)算放大器和AD7091R ADC的直流失調(diào)由校準(zhǔn)程序消除。

ADC AD7091R內(nèi)置基準(zhǔn)電壓源的失調(diào)漂移典型值為4.5 ppm/°C，最大值為25 ppm/°C.

AD8606運(yùn)算放大器的失調(diào)漂移典型值為1μV/°C，最大值為4.5μV/°C.

U1A AD8606輸入導(dǎo)致的誤差以2.3 V輸出范圍為基準(zhǔn)，因而為2 ppm/°C.U1B基準(zhǔn)電壓緩沖器導(dǎo)致的誤差以2.5 V為基準(zhǔn)，同樣約為2 ppm/°C.

總漂移誤差結(jié)如表1所概括。這些誤差不包括AD7091R的±1 LSB積分非線性誤差。