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

6.8.4 设计说明

单极激励电压 VEXCITATION 用作 ADC 电源电压 (AVDD) 以及 ADC 基准电压 VREF。电桥电阻由于拉伸或压缩产生的微小变化会改变每个电桥的差分输出电压。系统测量每个电桥输出，PGA 集成到 ADC 中，并增益该低电平信号，从而降低系统噪声并提高 ADC 满量程范围 (FSR) 的利用率。ADC 对这个经过放大的电压进行采样并对照 VREF 进行转换，该电压与用于激励每个电桥的电压相同，因此是比例电压。在比例基准配置中，VIN 和 VREF 中的激励源噪声和漂移都是相等的，从而有效地从 ADC 输出代码中消除了这些误差。主处理器对每个电桥的 ADC 输出求和，以确定施加负载的值。

使用多通道 ADC、比例基准和单极低电压 (≤ 5V) 电源测量多个并联的四线电阻式电桥需要：

  • 多个差分模拟输入（AINPx 和 AINNx）或 外部多路复用器
  • 外部基准输入（专用引脚或 使用模拟电源）
  • 低噪声放大器

与前一个电桥电路类似，使用多通道 ADC 测量多个并联电阻式电桥的一种常见应用是确定平台上的负载重量。电桥放置在平台四周的特定点，每个电桥由 ADC 进行测量。主处理器将这些单独的测量加在一起，以确定负载的重量。当负载不在平台的中心时，这尤其有用，因为每个电桥测量的重量与相对于负载的距离成正比。图 6-20（左）显示的红色负载在中心，而图 6-20（右）显示的负载不在中心。图 6-20 中的每个平台上具有四个电桥（蓝色），类似于图 6-19 中所示的系统。

GUID-20211110-SS0I-FHHR-GXP7-18KJZS6CT6LH-low.svg图 6-20 使用多个并联电桥测量平台上的负载：负载在中心（左）和负载不在中心（右）

在图 6-20（左）中，当负载在平台中心时，每个电桥在理想情况下可以测得 1/4 的总负载。当负载不在中心时，如图 6-20（右）所示，与电桥 2 (B2) 和电桥 4 (B4) 相比，电桥 1 (B1) 和电桥 3 (B3) 可测得更大百分比的总负载。例如，B1 和 B3 可能各测得 45% 的总负载，而 B2 和 B4 仅各测得 5% 的总负载。因此，需要使用具有表 6-18 所述类似参数的电桥（每个电桥的参数应相同），因为这有助于简化总负载重量的确定方式。

具体来说，并联电桥配置中的总负载 Load(System Max) 等于可施加于每个电桥的最大负载 Load(Bridge Max) 之和。假设遵守表 6-18 的表注，使所有电桥的 Load(Bridge Max) 都相同，则 Load(System Max) = 电桥数量 • Load(Bridge Max)。例如，如果图 6-19 中每个电桥的 Load(Bridge Max) = 5kg，则 Load(System Max) = 4 • 5kg = 20kg。因此，必须假定任何电桥都能随时提供最大差分输出电压 VOUT(Bridge Max)。VOUT(Bridge Max) 对于所有电桥应相同，公式如表 6-19 所示。

确定了 VOUT(System Max) 后，要为 ADC PGA 选择对应的增益值。放大器增益应该是仍小于 ADC FSR 的最大允许值。在某些情况下，无法选择使用整个 ADC FSR 的放大器增益。虽然这通常是分辨率和易用性之间的一种可接受的折衷，但应注意在 ADC FSR 无法最大化的情况下确保仍然满足所有系统要求。

接下来，确保在空载条件下 (R1 = R2 = R3 = R4)，电桥输出共模电压 VCM(Bridge)（在表 6-19 中定义）处于 ADC 放大器共模电压 VCM(ADC) 范围内。放大器共模范围随元件不同而变化，并根据增益设置和电源电压在数据表中定义。不过，定下 VCM(Bridge) = AVDD/2 这个目标是明智的选择，因为它通常处于 VCM(ADC) 范围的中间，按照之前的步骤可以实现尽可能高的增益。此外，当 VEXCITATION = AVDD 时，图 6-19 中的电桥配置会在空载条件下固定将 VCM(Bridge) 设置为 AVDD/2。

然后，如果需要校准，请按照节 5.5中的说明操作。请注意，图 6-19 中的每个电桥必须单独校准，这需要主处理器计算并存储多组校准系数。

最后，主处理器需要将每个电桥测量的 ADC 输出代码转换为电压，并将这些值加在一起以确定施加负载的值。