RX23E-A 24bit ΔΣADC基础篇(2)用于传感器测量的Δ∑ADC的特性

二 用于传感器测量的Δ∑ADC的特性

世界上有各种各样的传感器，除了ΔΣADC之外，还需要各种电路来测量这些传感器。当处理微小信号时，您可能需要在执行AD转换之前放大信号。然后，您将需要一个放大器。AD转换还需要参考恒压源。测量电阻传感器时，使用激励电流源让电流流过电阻非常有用。这样，除了ΔΣ ADC之外，还需要各种模拟功能来进行传感器测量。将此类模拟功能和ΔΣADC集成到单个芯片中的器件称为用于传感器测量的ΔΣADC。

本节介绍如何配置传感器的ΔΣ ADC。这是用于传感器测量的ΔΣADC示例，仅是我们RX23E-A的模拟部分。为了方便说明，我以这款RX23E-A为例进行说明，但即使是其他公司的设备也具有基本相同的配置。

•24位Δ∑ADC+可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier，PGA）+ 缓冲器（Buffer，BUF）

•参考电压源（Reference Voltage Source，VREF）

•参考缓冲器（Reference Buffer，RBUF）+ 外部参考输入

•激励电流源（Excitation Current Source，IEXC）

•偏置电压发生器（Bias-Voltage Generator，VBIAS）

•内部温度传感器（Internal Temperature Sensor，TEMPS）

•低边开关（Low-Side Switch，LSW）

•数字滤波器（Digital Filter，SINC4）

通过使用这些功能，可以用最少的所需外部元件来组装传感器电路。后面，将逐一介绍每个功能。

 

2.1 24位Δ∑ADC+可编程增益放大器（PGA）+缓冲器（BUF）

PGA采用适合传感器测量的全差分配置。

•应用

温度的高精度测量（热电偶、RTD），应变（力、重量、压力等）、电压、电流等。

•配置

可编程增益放大器（PGA），具有电压跟随器配置的缓冲器（BUF），Δ∑调制器。

•特性（适用于RX23E-A）

低偏移电压、低温度漂移（偏移/增益）、低噪声

PGA增益：1、2、4、8、16、32、64、128倍

数据速率：7.6 SPS ~ 15.625 kSPS

 

2.2 参考电压源（VREF）

该电路产生具有低温度漂移的2.5V恒定电压。

•应用

Δ∑ADC的参考电压、传感器电源等。

•配置

产生约1.2V恒定电压的BGR（BandGap Reference，带隙基准）和放大器电路的组合。

•特性（适用于RX23E-A）

温度漂移：10ppm/℃（典型值）

初始精度：2.5V±0.1%（最大值）

负载电流：最大+/-10 mA

 

2.3 参考缓冲器（RBUF）+外部参考输入

必须为ADC提供参考电压。您可以使用内置参考电压VREF作为参考电压，或者您可能想要使用除内置参考电压源之外的参考电压源。

•应用

当不使用内置VREF（例如比率法）时使用（RTD、电阻桥等）。

•配置

带有RBUF的外部参考输入，支持差分输入（可输入0至AVCC之间的任意电压，例如RFF+ = 3V & REF- = 1V）。

•特点（针对RX23E-A）

RBUF/Enable的情况：

高输入阻抗时输入偏置电流为nA量级（但是，由于输入电压范围窄，因此必须在距离电源轨向内至少0.1V处使用）。

RBUF/Disable的情况：

支持轨到轨输入（但是，会流过10uA量级的输入偏置电流）。

 

2.4 激励电流源（IEXC）

IEXC输出50至1000uA的恒定电流。

 

2.5 偏置电压发生器（VBIAS）

可以提供模拟电源电压AVCC一半的电压。

•应用

提供输入公共电压VIC；

主要假设与热电偶一起使用

•配置

电阻分压器和电压跟随器

•特点（针对RX23E-A）

不支持大负载，建议最大100uA左右（高输入阻抗电路所需）。

 

2.6 内部温度传感器（TEMPS）

实际上是一个测量芯片温度的电路。

•应用

温度修正

• 配置

BGR（带隙基准）和VPTAT（与绝对温度成比例的电压）的结合（PTAT：Proportional To Absolute Temperature ）。

•特点（针对RX23E-A）

精度：最大±5°C

精度：取决于数据速率，但可以以毫米度为单位进行测量

 

2.7 低边开关（LSW）

这是一个CMOS模拟开关电路。

•应用

开关电源给传感器供电

•配置

路1触点（SPST*）

*SPST：单刀单掷

•特点（针对RX23E-A）

导通电阻：最大10欧姆

允许电流：最大30毫安*1

*1：当5V施加到120Ω应变片时，电流超过允许电流。

 

2.8 数字滤波器（SINC4）

它不是模拟电路，但也想解释一下数字滤波器。前面讲过，Delta Sigma通过对大量1位进行平均来提高分辨率。数字滤波器对这批1位进行平均。数字滤波器有多种类型，但大多数ΔΣADC都有一种称为SINC滤波器的数字滤波器。对于RX23E-A，有4个SINC滤波器：如图所示，传递函数是四阶滤波器，因此它乘以四次方。

•应用

通过LPF特性衰减高频噪声

特定频段的噪声抑制（例如50/60Hz）

•配置

四阶SINC滤波器

•特点

稳定时间：约4Ts[sec]・・・需要采样时间的4倍。（稳定时间是指从A/D转换开始后到输出第一个A/D转换结果的时间。）

传递函数和频率特性

 

 

审核编辑：刘清