ZHCABK1A February   2022  – March 2024 ADS1119 , ADS1120 , ADS1120-Q1 , ADS112C04 , ADS112U04 , ADS1130 , ADS1131 , ADS114S06 , ADS114S06B , ADS114S08 , ADS114S08B , ADS1158 , ADS1219 , ADS1220 , ADS122C04 , ADS122U04 , ADS1230 , ADS1231 , ADS1232 , ADS1234 , ADS1235 , ADS1235-Q1 , ADS124S06 , ADS124S08 , ADS1250 , ADS1251 , ADS1252 , ADS1253 , ADS1254 , ADS1255 , ADS1256 , ADS1257 , ADS1258 , ADS1258-EP , ADS1259 , ADS1259-Q1 , ADS125H01 , ADS125H02 , ADS1260 , ADS1260-Q1 , ADS1261 , ADS1261-Q1 , ADS1262 , ADS1263 , ADS127L01 , ADS130E08 , ADS131A02 , ADS131A04 , ADS131E04 , ADS131E06 , ADS131E08 , ADS131E08S , ADS131M02 , ADS131M03 , ADS131M04 , ADS131M06 , ADS131M08

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1电桥概述
  5. 2电桥结构
    1. 2.1 电桥拓扑结构中的有源元件
      1. 2.1.1 具有一个有源元件的电桥
        1. 2.1.1.1 使用电流激励在具有一个有源元件的电桥中降低非线性
      2. 2.1.2 在对面支路中具有两个有源元件的电桥
        1. 2.1.2.1 使用电流激励消除对面支路中具有两个有源元件的电桥中的非线性
      3. 2.1.3 在同一支路中具有两个有源元件的电桥
      4. 2.1.4 具有四个有源元件的电桥
    2. 2.2 应变仪和电桥结构
  6. 3电桥连接
    1. 3.1 比例式测量
    2. 3.2 四线电桥
    3. 3.3 六线电桥
  7. 4电桥测量的电气特性
    1. 4.1 电桥灵敏度
    2. 4.2 电桥电阻
    3. 4.3 输出共模电压
    4. 4.4 失调电压
    5. 4.5 满量程误差
    6. 4.6 非线性误差和迟滞
    7. 4.7 漂移
    8. 4.8 蠕变和蠕变恢复
  8. 5信号链设计注意事项
    1. 5.1 放大
      1. 5.1.1 仪表放大器
        1. 5.1.1.1 INA 架构和运行
        2. 5.1.1.2 INA 误差源
      2. 5.1.2 集成式 PGA
        1. 5.1.2.1 集成式 PGA 架构和运行
        2. 5.1.2.2 使用集成 PGA 的优点
    2. 5.2 噪声
      1. 5.2.1 ADC 噪声数据表
      2. 5.2.2 计算电桥测量系统的 NFC
    3. 5.3 通道扫描时间和信号带宽
      1. 5.3.1 噪声性能
      2. 5.3.2 ADC 转换延迟
      3. 5.3.3 数字滤波器频率响应
    4. 5.4 交流激励
    5. 5.5 校准
      1. 5.5.1 失调校准
      2. 5.5.2 增益校准
      3. 5.5.3 校准示例
  9. 6电桥测量电路
    1. 6.1 使用比例基准和单极低电压 (≤ 5V) 激励源的四线电阻式电桥测量
      1. 6.1.1 原理图
      2. 6.1.2 优缺点
      3. 6.1.3 参数和变量
      4. 6.1.4 设计说明
      5. 6.1.5 测量转换
      6. 6.1.6 通用寄存器设置
    2. 6.2 使用比例基准和单极低电压 (≤ 5V) 激励源的六线电阻式电桥测量
      1. 6.2.1 原理图
      2. 6.2.2 优缺点
      3. 6.2.3 参数和变量
      4. 6.2.4 设计说明
      5. 6.2.5 测量转换
      6. 6.2.6 通用的寄存器设置
    3. 6.3 使用伪比例基准和单极高电压 (> 5V) 激励源的四线电阻式电桥测量
      1. 6.3.1 原理图
      2. 6.3.2 优缺点
      3. 6.3.3 参数和变量
      4. 6.3.4 设计注意事项
      5. 6.3.5 测量转换
      6. 6.3.6 通用的寄存器设置
    4. 6.4 使用伪比例基准和非对称高电压 (> 5V) 激励源的四线电阻式电桥测量
      1. 6.4.1 原理图
      2. 6.4.2 优缺点
      3. 6.4.3 参数和变量
      4. 6.4.4 设计注意事项
      5. 6.4.5 测量转换
      6. 6.4.6 通用的寄存器设置
    5. 6.5 使用比例基准和电流激励的四线电阻式电桥测量
      1. 6.5.1 原理图
      2. 6.5.2 优缺点
      3. 6.5.3 参数和变量
      4. 6.5.4 设计注意事项
      5. 6.5.5 测量转换
      6. 6.5.6 通用寄存器设置
    6. 6.6 使用伪比例基准和单极低电压 (≤ 5V) 激励源，测量多个串联四线电阻式电桥
      1. 6.6.1 原理图
      2. 6.6.2 优缺点
      3. 6.6.3 参数和变量
      4. 6.6.4 设计说明
      5. 6.6.5 测量转换
      6. 6.6.6 通用的寄存器设置
    7. 6.7 使用带比例基准和单极低电压 (≤ 5V) 激励源的单通道 ADC 测量多个并联的四线电阻式电桥
      1. 6.7.1 原理图
      2. 6.7.2 优缺点
      3. 6.7.3 参数和变量
      4. 6.7.4 设计说明
      5. 6.7.5 测量转换
      6. 6.7.6 通用的寄存器设置
    8. 6.8 使用带比例基准和单极低电压 (≤ 5V) 激励源的多通道 ADC 测量多个并联的四线电阻式电桥
      1. 6.8.1 原理图
      2. 6.8.2 优缺点
      3. 6.8.3 参数和变量
      4. 6.8.4 设计说明
      5. 6.8.5 测量转换
      6. 6.8.6 通用的寄存器设置
  10. 7总结
  11. 8Revision History

5.2.1 ADC 噪声数据表

ADC 数据表通常报告输入短路 (VIN = 0V) 时的噪声。此配置提供 ADC 固有噪声的纯测量值，如果 ADC 具有集成式 PGA，则还包括放大器噪声。此测量值不包括随输入信号线性变化的电压基准噪声。不过，对于使用比例基准配置的电桥测量系统，由于往往会消除电压基准噪声和漂移，因此这通常不是问题。

ADC 噪声表中显示的实际值包括数千个数据点或持续数秒的数据。对该数据集执行统计分析，可确定均方根 (RMS) 值和峰峰值。对于 Δ-Σ ADC，则会针对输出数据速率 (ODR)、滤波器类型和增益设置的各种组合（如果适用），报告这些信息。

例如，表 5-1 显示了 ADS1235 数据表中的一部分噪声性能信息。表 5-1 中的每一行都是一种不同的 ODR 和滤波器类型组合，而每一列表示可用的 PGA 增益。

表 5-1 ADS1235 在 TA = 25°C 且 VREF = 5V 时的噪声和分辨率
ODR 滤波器 噪声 (µVRMS (µVPP)) 有效分辨率（位）（无噪声分辨率（位））
增益 = 1 增益 = 64 增益 = 128 增益 = 1 增益 = 64 增益 = 128

20SPS

FIR

0.51 (2.1)

0.032 (0.16)

0.029 (0.16)

24 (22)

22.2 (19.9)

21.3 (18.9)

20SPS

Sinc1

0.44 (2.1)

0.025 (0.13)

0.026 (0.13)

24 (22)

22.6 (20.2)

21.5 (19.2)

20SPS

Sinc2

0.36 (1.2)

0.02 (0.12)

0.02 (0.1)

24 (22.8)

22.9 (20.4)

21.9 (19.5)

20SPS

Sinc3

0.32 (1.5)

0.017 (0.089)

0.018 (0.096)

24 (22.5)

23.1 (20.8)

22 (19.6)

20SPS

Sinc4

0.3 (1.2)

0.017 (0.084)

0.018 (0.1)

24 (22.8)

23.1 (20.8)

22.1 (19.6)

50SPS

Sinc1

0.63 (3.6)

0.04 (0.25)

0.038 (0.23)

23.7 (21.2)

21.9 (19.2)

21 (18.4)

50SPS

Sinc2

0.57 (3)

0.033 (0.21)

0.032 (0.18)

23.9 (21.5)

22.2 (19.5)

21.2 (18.7)

50SPS

Sinc3

0.53 (2.4)

0.03 (0.19)

0.03 (0.17)

24 (21.8)

22.3 (19.7)

21.3 (18.8)

50SPS

Sinc4

0.49 (2.4)

0.028 (0.15)

0.026 (0.16)

24 (21.8)

22.4 (20)

21.5 (18.9)

60SPS

Sinc1

0.71 (3.9)

0.043 (0.27)

0.042 (0.26)

23.6 (21.1)

21.8 (19.1)

20.8 (18.2)

60SPS

Sinc2

0.6 (3.3)

0.036 (0.24)

0.034 (0.21)

23.8 (21.4)

22.1 (19.3)

21.1 (18.5)

60SPS

Sinc3

0.56 (3)

0.032 (0.19)

0.03 (0.17)

23.9 (21.5)

22.2 (19.6)

21.3 (18.8)

60SPS

Sinc4

0.53 (2.7)

0.031 (0.19)

0.03 (0.18)

24 (21.6)

22.3 (19.7)

21.3 (18.7)

表 5-1 中的噪声值以输入为基准 (RTI)。ADC 测量的 RTI 噪声是指增益后 ADC 输入端的等效噪声幅度。例如，当增益 = 1V/V 时，表 5-1 中的噪声以 ±5V 范围为基准。当增益 = 128V/V 时，噪声以小得多的 ±39.06mV 范围为基准。

表 5-1 还包括两个从噪声值推导得出的品质因数：有效分辨率 和无噪声分辨率。ADC 数据表中的有效分辨率是指满量程范围 (FSR) 相对于测量中的 RMS 噪声 VN,RMS 的动态范围。相比之下，ADC 数据表中的无噪声分辨率是指 FSR 相对于测量中的峰峰值 (PP) 噪声 VN,PP 的动态范围。这些噪声参数使用方程式 20 和方程式 21 进行计算：

方程式 20. Effective resolution = log2(FSR / VN,RMS) (bits)
方程式 21. Noise-free resolution = log2(FSR / VN,PP) (bits)

例如，当增益 = 128V/V 且 ODR = 20SPS 时，表 5-1 显示 ADS1235 有限脉冲响应 (FIR) 数字滤波器提供的噪声性能为 0.029µVRMS 或 0.16µVPP。方程式 22 和方程式 23 使用这些设置分别计算 ADS1235 有效分辨率和无噪声分辨率：

方程式 22. Effective resolution = log2[(±5 V / 128 V/V) / (0.029 µVRMS)] = log2[2,693,966] = 21.3 bits
方程式 23. Noise-free resolution = log2[(±5 V / 128 V/V) / (0.16 µVPP)] = log2[488,281] = 18.9 bits

请注意，方程式 22 和方程式 23 中的结果与表 5-1 最后一列中报告的值相符。

电桥测量通常使用第三个参数来表征性能，这个参数称为无噪声计数 (NFC)，它从无噪声分辨率推导得出。这对于设计要求秤测量结果中显示的最后一位数字保持稳定（或无噪声）的称重秤应用尤其重要。使用有效分辨率目标来设计称重秤，可能会导致秤上显示的最后一位数字不断移动，因为有效分辨率基于 RMS 噪声。

NFC 由方程式 24 定义，而方程式 25 计算给定 ADC 参数的 NFC：

方程式 24. NFC = 2(Noise-free resolution) (counts)
方程式 25. NFC = 2(18.9) = 488,000 counts

具有方程式 25 所述性能级别的称重秤可能是可以接受的，但有必要考虑该参数的定义方式。具体来说，无噪声分辨率和 NFC 是在假设 ADC 输入使用整个 FSR 的情况下计算得出的。但是，如果称重秤系统不使用整个 ADC FSR，系统 NFC 性能与 ADC 噪声表中所示的值将会不同。下一节说明了 NFC 性能的这种降低。