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用模拟增益前端实现△-Σ转换器增益少量提升的设计方案
王越建
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用传感器来捕获温度、压力及其他环境变量生成低电平信号时，小信号检测是一个
挑战。这些信号很容易被测量环境周围的噪音所掩盖，从而对信号路径中的其余电
子器件提出了苛刻的要求。如果数据采集系统对精度的要求较高，必须减小有效信
号的满量程范围，以提高检测系统的信噪比(SNR)。有多种数字或模拟技术可以用
来改善检测系统的信噪比。例如，图1 所示电路采用的数字和模拟技术即可提高信
噪比，而且容易实现。该电路采用仪表放大器作为模拟信号通道的前端，有了这样
一个模拟增益级即可改变整个系统的有效满量程范围。仪表放大器之后采用了一个
Δ-Σ转换器，其内有模拟增益和数字滤波性能，合理配置时可使模拟增益和数字滤
波性能得到优化，从而进一步提高信噪比。最后的信号调理则是由μ控制器完成，
其中采用了软件增益或比特位移。
图1 .带冷端补偿功能的高精度热电偶接口电路图。采用Δ-Σ A/D转换器ADS1212可使整个电路的分辨率达到19
至20位，INA128则用于使热电偶的输出范围与数据转换系统的输入满量程范围相匹配。
本文讨论了Δ-Σ转换器之前的模拟增益级设计时需要权衡考虑的问题。在给出的电
路实例中采用仪表放大器(INA128)。选择INA128是因为该器件带有差分输入，在
整个频率范围内都具有良好的共模抑制比，同时还可用单电源供电。在A/D转换器
之前的其他增益值将在后面的温度检测应用电路中进行介绍。关于软件增益、可编
程增益放大器设计以及Δ−Σ转换器中数字滤波器方面的更多信息，参见应用笔记
AB-106。
热电偶、RTD及应变计等检测器件可对过程控制环境中可测量且可控制的物理或机
械事件做出反应。这些器件由于结构不同，其灵敏度也不同。例如，热电偶(如图
2a所示) 用于检测范围为0°C~1700°C之间较大的温度变化。热电偶是将两种不同的
金属材料焊接而成。当一种金属的末端与另一种金属的一端存在温差时，就会产生
电压。四种不同类型热电偶的灵敏度如下表所列:
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