低功耗、溫度補(bǔ)償式電橋信號(hào)調(diào)理器和驅(qū)動(dòng)器電路

測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果

系統(tǒng)噪聲

全部數(shù)據(jù)捕獲操作都通過CN-0355評(píng)估軟件實(shí)現(xiàn)。

為捕獲評(píng)估板噪聲，進(jìn)行了兩次設(shè)置測(cè)量。第一次測(cè)量如圖6所示，在AD8420輸入短路的條件下進(jìn)行，因而測(cè)量的是AD8420和AD7793的峰峰值噪聲。進(jìn)行了1000次采樣，獲得的代碼分布約有100個(gè)代碼，相當(dāng)于12.5μV的峰峰值噪聲;或者對(duì)于2.1V的滿量程范圍，相當(dāng)于17.36個(gè)無噪聲位。

第二次測(cè)量是利用HoneywellNSCSANN600MGUNV壓力計(jì)傳感器進(jìn)行，它連接到評(píng)估板。板上安裝的該壓力傳感器未經(jīng)放大和補(bǔ)償，電壓驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為10.1V。此測(cè)試有效展示了整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲，包括傳感器噪聲，如圖7所示。進(jìn)行了1000次采樣，獲得的代碼分布約有120個(gè)代碼，相當(dāng)于15μV的峰峰值噪聲;或者對(duì)于2.1V的滿量程范圍，相當(dāng)于17.1個(gè)無噪聲位。

系統(tǒng)功耗

表3顯示了系統(tǒng)的總功耗，不包括壓力傳感器的功耗。

HoneywellNSCSANN600MGUNV壓力傳感器具有大約3kΩ的阻抗，會(huì)使表3所示的總功耗增加大約3.36mA。

用更低的電流(如10μA)驅(qū)動(dòng)RTD，同時(shí)采用更高的RTD電阻值(如1kΩ)，可進(jìn)一步降低系統(tǒng)的功耗。

有源元件的誤差分析

系統(tǒng)中的有源元件AD8420和ADA4096-2引起的最大誤差及和方根(RSS)誤差如表4所示。

總電路精度

對(duì)電阻容差導(dǎo)致的總誤差的合理近似推算是假設(shè)每個(gè)關(guān)鍵電阻對(duì)總誤差貢獻(xiàn)都相等。兩個(gè)關(guān)鍵電阻是R8和R19、R20、R21中的任一個(gè)。0.1%的最差情況下電阻容差可造成最大值0.2%的總電阻誤差。若假定RSS誤差，則總RSS誤差為0.1√2=0.14%。

電阻誤差與表4給出的元件誤差相加得到以下結(jié)果：

失調(diào)誤差=0.365%+0.1400%=0.505%

增益誤差=0.050%+0.1400%=0.190%

滿量程誤差=0.415%+0.1400%=0.555%

這些誤差使用以下假設(shè)：選用計(jì)算得到的電阻值，容差是僅有的誤差，傳感器的電壓驅(qū)動(dòng)設(shè)置為10.1的增益。

線性度誤差是在-500mV到+500mV的輸入范圍測(cè)試，采用圖10所示的設(shè)置?？偡蔷€性誤差約為0.45%。非線性主要由AD8420的輸入跨導(dǎo)(gm)級(jí)引起。

總輸出誤差(%FSR)通過將實(shí)測(cè)輸出電壓與理想輸出電壓之差除以輸出電壓的FSR，然后乘以100得出。計(jì)算結(jié)果如圖8所示。

圖9顯示EVAL-CN0355-PMDZ評(píng)估板的實(shí)物照片。該系統(tǒng)的完整文檔位于CN-0355設(shè)計(jì)支持包中。

常見變化

其他合適的ADC有AD7792和AD7785，這兩款器件具有與AD7793相同的特性組合。不過，AD7792為16位ADC，AD7785為20位ADC。

AD8237是一款微功耗、零漂移、真正軌到軌儀表放大器，也可用于本電路配置的低電源電壓版本。

儀表放大器AD8226是另一個(gè)選擇，它能以更高的功耗(約525μA)實(shí)現(xiàn)更好的線性度。

對(duì)于需要低噪聲和低失調(diào)電壓的低電源電壓范圍應(yīng)用，可以用雙通道AD8606取代ADA4096-2。雙通道AD8606具有極低失調(diào)電壓、低輸入電壓和電流噪聲以及寬信號(hào)帶寬等特性。它采用ADI公司的DigiTrim調(diào)整專利技術(shù)，無需激光調(diào)整便可達(dá)到出色的精度。

電路評(píng)估與測(cè)試

本電路采用EVAL-CN0355-PMDZ電路板、EVAL-SDP-CB1Z系統(tǒng)演示平臺(tái)(SDP)評(píng)估板和SDP-PMD-IB1Z(一款針對(duì)SDP的PMOD轉(zhuǎn)接板)。SDP和SDP-PMD-IB1Z板具有120引腳的對(duì)接連接器，可以快速完成設(shè)置和電路性能評(píng)估。為了使用SDP-PMD-IB1Z和SDP評(píng)估EVAL-CN0355-PMDZ板，通過一個(gè)間距為100密爾、面積為25平方密爾的標(biāo)準(zhǔn)直角引腳接頭連接器把EVAL-CN0355-PMDZ連接至SDP-PMD-IB1Z。

設(shè)備要求

為評(píng)估和測(cè)試CN-0355電路，需要如下設(shè)備：

帶USB端口的WindowsXP、WindowsVista(32位)或Windows7(32位)PC

EVAL-CN0355-PMDZ電路評(píng)估板

EVAL-SDP-CB1Z電路評(píng)估板

SDP-PMD-IB1Z轉(zhuǎn)接板

CN0355評(píng)估軟件

6V壁式電源適配器或其他電源

YokogawaGS200精密電壓源

AgilentE3631A電壓源

開始使用

將CN-0355評(píng)估軟件光盤放入PC，加載評(píng)估軟件。打開我的電腦，找到包含評(píng)估軟件光盤的驅(qū)動(dòng)器，打開Readme文件。按照Readme文件中的說明安裝和使用評(píng)估軟件。

設(shè)置

CN-0355評(píng)估套件包括一張光盤，其中含有自安裝軟件。該軟件兼容WindowsXP(SP2)和Vista(32位和64位)。如果安裝文件未自動(dòng)運(yùn)行，可以運(yùn)行光盤中的setup.exe文件。

請(qǐng)先安裝評(píng)估軟件，再將評(píng)估板和SDP板連接到PC的USB端口，確保PC能夠正確識(shí)別評(píng)估系統(tǒng)。

1.光盤文件安裝完畢后，為SDP-PMD-IB1Z評(píng)估板接通電源。用隨附電纜把SDP板(通過連接器A)連接到SDP-PMD-IB1Z評(píng)估板，然后連接到用于評(píng)估的PCUSB端口。

2.將EVAL-CN0355-PMDZ的12引腳直角公引腳接頭連接至SDP-PMD-IB1Z的12引腳直角母引腳接頭。

3.運(yùn)行程序之前，將壓力傳感器端子和RTD傳感器連接至EVAL-CN0355-PMDZ的端子插孔中。

4.在接好并打開所有外設(shè)和電源之后，單擊圖形用戶界面上的Run(運(yùn)行)按鈕。當(dāng)PC成功檢測(cè)到評(píng)估系統(tǒng)時(shí)，即可使用評(píng)估軟件對(duì)EVAL-CN0355-PMDZ電路板進(jìn)行評(píng)估。

功能框圖

測(cè)試設(shè)置的功能框圖如圖10所示。該測(cè)試設(shè)置必須按圖中所示方式連接。

用AgilentE3631A和YokogawaGS200精密電壓源為評(píng)估板供電并模擬傳感器輸出。AgilentE3631A的通道CH1設(shè)置為24V以充當(dāng)評(píng)估板的VCC電源，另一個(gè)通道CH2設(shè)置為5V以產(chǎn)生共模電壓。CH2與YokogawaGS200串聯(lián)，如圖7所示。Yokogowa通過1.5kΩ串聯(lián)電阻連接到評(píng)估板的輸入端子，該電阻模擬電橋阻抗。Yokogawa在儀表放大器輸入端產(chǎn)生±500mV(25°C時(shí))差分輸入電壓，從而模擬傳感器輸出。

用CN-0355評(píng)估軟件捕獲來自EVAL-CN0355-PMDZ評(píng)估板的數(shù)據(jù)，得出圖8所示的線性度誤差，所用設(shè)置如圖10所示。

有關(guān)軟件操作的詳情，請(qǐng)參見CN-0355軟件用戶指南。