AD7191：桥接传感器的高性能24位Sigma - Delta ADC

在电子设计领域，高精度模拟前端对于实现精确测量至关重要。今天，我们来深入了解一款由Analog Devices推出的出色产品——AD7191，它是一款引脚可编程、超低噪声的24位Sigma - Delta ADC，专为桥接传感器设计。

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一、AD7191的特性亮点

1. 引脚可编程功能

AD7191具有多个引脚可编程特性，包括输出速率、增益、电源关断和复位等。输出数据速率可通过引脚编程设置为10 Hz、50 Hz、60 Hz或120 Hz，增益可设置为1、8、64或128。这种灵活性使得它能够适应不同的应用需求。

2. 低噪声与高精度

在噪声性能方面表现卓越，在10 Hz输出数据速率且增益为128时，RMS噪声仅为15 nV，最多可提供21.5个无噪声位（增益为1时）。同时，它的偏移漂移为5 nV/°C，增益漂移为1 ppm/°C，并且在规定的时间内具有稳定的漂移特性。

3. 时钟与电源

支持内部或外部时钟，方便用户根据实际情况选择。电源供应范围为3 V至5.25 V，工作电流为4.35 mA，温度范围为 - 40°C至 + 105°C，适用于各种恶劣环境。

4. 其他特性

具备桥接电源关断开关，可有效降低功耗；内部集成温度传感器，可用于温度补偿；支持2线串行接口，与SPI、QSPI™和MICROWIRE™兼容，并且SCLK具有施密特触发器，增强了接口的抗干扰能力。

二、技术规格详解

1. 输出数据速率与分辨率

AD7191提供四种输出数据速率，不同的输出数据速率和增益组合下，其RMS噪声和分辨率有所不同。例如，在10 Hz输出数据速率且增益为128时，RMS噪声为15 nV，有效分辨率可达22位（峰 - 峰分辨率为19.5位）。

2. 增益与输入范围

增益可通过PGA2和PGA1引脚设置为1、8、64或128，对应的模拟输入范围为±VREF/gain。当改变增益时，需要注意完成读操作后再进行更改，否则会导致读取到全1的数据。

3. 温度传感器

内部集成的温度传感器通过TEMP引脚选择。选择温度传感器时，需要进行一点校准以获得最佳性能，校准后其精度通常为±2°C。

4. 电源关断与复位

PDOWN引脚既可以作为电源关断引脚，也可以作为复位引脚。当PDOWN为高电平时，AD7191进入电源关断模式，DOUT/RDY引脚呈三态；当PDOWN为低电平时，设备退出电源关断模式。

5. 时钟选择

通过CLKSEL引脚选择时钟源，低电平时选择外部时钟/晶体，高电平时选择内部4.92 MHz时钟。改变时钟源时，DOUT/RDY会变高，直到滤波器的适当建立时间过去。

三、应用领域

1. 称重秤

在称重秤应用中，AD7191可以直接连接到负载传感器。负载传感器通常采用桥接网络，其输出的差分电压可以直接输入到AD7191。同时，桥接电源关断开关可以在不使用时断开负载传感器，降低功耗。此外，由于负载传感器存在偏移，需要进行系统校准，以确保测量的准确性。

2. 应变计传感器

应变计传感器输出的信号通常较小，AD7191的低噪声PGA可以对这些小信号进行放大，同时保持良好的噪声性能。通过选择合适的增益和输出数据速率，可以满足不同应变计传感器的测量需求。

3. 压力测量

在压力测量应用中，AD7191可以准确地将压力传感器输出的模拟信号转换为数字信号。其高精度和低噪声特性使得测量结果更加可靠。

4. 医疗和科学仪器

在医疗和科学仪器领域，对测量的精度和可靠性要求较高。AD7191的高性能特性使其能够满足这些应用的需求，例如在生物医学测量、实验室仪器等方面都有广泛的应用。

四、设计注意事项

1. 接地与布局

由于AD7191的高分辨率和低噪声特性，接地和布局非常重要。印刷电路板应将模拟和数字部分分开，使用独立的接地平面，并尽量减少数字信号对模拟信号的干扰。同时，电源供应线应使用尽可能宽的走线，以降低阻抗和电源线上的毛刺影响。

2. 滤波与抗干扰

在模拟输入上应添加R - C抗混叠滤波器，以防止MCLK/8或其倍数频率的干扰。此外，时钟信号应进行屏蔽，避免辐射噪声到其他部分的电路板。

3. 操作注意事项

在改变输出数据速率、增益、通道或时钟源时，应先完成读操作，否则会导致读取到全1的数据。同时，在选择温度传感器或改变通道时，也需要注意这一点。

五、总结

AD7191是一款功能强大、性能卓越的24位Sigma - Delta ADC，非常适合用于桥接传感器的高精度测量应用。其引脚可编程特性、低噪声、高精度以及丰富的功能使其在多个领域都有广泛的应用前景。在设计过程中，我们需要充分考虑其技术规格和设计注意事项，以确保系统的性能和可靠性。你在使用类似的ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。