AD7794在高精度低功耗測(cè)量裝置中的應(yīng)用

1 引言

　　現(xiàn)代電子測(cè)量中，對(duì)測(cè)量精度有著越來越高的要求，同時(shí)，由于野外電池供電的原因，對(duì)整體電路的功耗也有著高要求。比如，在差壓式流量測(cè)量／計(jì)量中，壓力傳感器給出的信號(hào)十分微弱，這對(duì)直流放大器和ADC電路提出了很高的要求。傳統(tǒng)的精密數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)穩(wěn)定性方案不能兼?zhèn)涞驮肼暋⒌推坪?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/低功耗">低功耗特性，往往不得不犧牲某些性能。AD7794針對(duì)工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域的這種特殊而義普遍的需求，采用了一種結(jié)合斬波放大電路(抑制漂移)、乏一AADC(提高精度和抑制噪聲)和低功耗的復(fù)合結(jié)構(gòu)，形成具有兼?zhèn)渖鲜鰞?yōu)秀性能的較為理想了專用器件。同時(shí)器件體積極小，便于在各種設(shè)備中使用。

　　本文根據(jù)作者在內(nèi)錐式智能工業(yè)燃?xì)獗淼膶?shí)際設(shè)計(jì)工作中的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7794的特點(diǎn)，并描述其使用方法。

　　2 AD7794的功能及技術(shù)特性

　　AD7794提供了儀器儀表應(yīng)用所要求的幾乎全部功能，因而減少了設(shè)計(jì)工作量并節(jié)省了許多外圍器件。AD7794具有功耗低和完全模擬輸入端子，可用在低頻信號(hào)的測(cè)量中。它克服了同類產(chǎn)品中噪聲與功耗的局限性，能夠同時(shí)提供低噪聲和低功耗特性。該系列ADC采用2．7v～5．25 v單電源供電，其全功耗消耗電流僅400 μA，同時(shí)噪聲只有40 nVrms，從而使其適合要求低功耗和高精度測(cè)量的應(yīng)用。它集成了六個(gè)差分傳感通道的24位ADC，使其非常適合要求較多通道的應(yīng)用。這六個(gè)差分通道可兩兩組合成差分信號(hào)和差分參考輸入，能有效克服共模干擾。片上還有低噪聲、低溫漂的增益級(jí)儀用放大器電路，增益可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。另外，片上還集成了增益可調(diào)的激勵(lì)電流源和用于溫度測(cè)量的偏置電壓發(fā)生器。該芯片可以使用內(nèi)部時(shí)鐘，如果同步運(yùn)行多個(gè)芯片時(shí)還可以使用外部時(shí)鐘。采樣率也是輸出數(shù)據(jù)的速率可以通過編程在4Hz到500Hz之間調(diào)節(jié)，在某些速率下如16．6 I-h條件下能夠提供同時(shí)抑制50 Hz和60Hz干擾信號(hào)的功能。

　　圖1給出了AD7794的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，它屬于∑-△調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，適用于窄帶與高分辨率的場(chǎng)合。AD7794的∑-△調(diào)制器將隨采樣的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖串，其“1”的密度包括數(shù)字量信息。通過數(shù)字濾波和抽取后，輸出高分辨率低速率數(shù)據(jù)?！?△調(diào)制器還具有降噪的作用，因?yàn)楦叩牟蓸勇蕦⒃肼暬讐旱?，而濾波后大多數(shù)(高端頻譜部分)噪聲被濾除。調(diào)制器的階數(shù)越高，在有用帶寬內(nèi)對(duì)噪聲抑制的作用就越明顯。但是，較高階調(diào)制器容易不穩(wěn)定。因此，必須在調(diào)節(jié)器階數(shù)與穩(wěn)定性之間進(jìn)行權(quán)衡。在窄帶∑-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，通常使用二階或三階調(diào)節(jié)器，這樣器件就會(huì)具有良好的穩(wěn)定性。

圖1 AD7794內(nèi)部簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)模塊圖

　　AD7794的低噪聲儀表放大器可以工作在斬波模式，斬波器是AD7794的一個(gè)內(nèi)嵌部件，可以用于消除飄移造成的誤差。斬波器的工作原理就是在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入部件多路復(fù)用器的輸出處交替地倒相(或削波)。然后，對(duì)每次斬波的正和負(fù)信號(hào)區(qū)段進(jìn)行-_次模數(shù)轉(zhuǎn)換。接著，用數(shù)字濾波器對(duì)這兩次轉(zhuǎn)換結(jié)果取平均。這樣，就消除了模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)出現(xiàn)的任何失調(diào)誤差，更重要的是，將溫度對(duì)失調(diào)漂移的影響降到最低。

　　3 AD7794的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

　　圖2給出了AD7794的應(yīng)用框圖。AD7794具有簡(jiǎn)化的同步串行接口，易于和微控制器MC相連。AD7794中串行接口、ADC、斬波式儀表放大器和多通道的結(jié)構(gòu)形成了一種全ADC類型――儀(表專)用ADC。

圖2 AD7794一個(gè)通道典型應(yīng)用