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

5.4 交流激励

除了低噪声外，电桥测量系统通常还需要高精度。如节 4.4中所述，交流激励是从电桥测量中消除失调误差的一种解决方案。此方法类似于输入通道在正负输入之间交换的放大器斩波。但交流激励将在电桥顶部（阶段 1）和底部（阶段 2）之间交换 VEXCITATION 的极性。ADC 测量两个阶段期间的电桥输出，从阶段 1 测量中减去阶段 2 测量值，然后对结果求平均值。此过程可消除电桥后面可能由寄生热电偶或外部放大器失调电压等导致的任何系统性失调。此方法可获得精确等于电桥输出电压的测量结果。

图 5-9 显示了阶段 1 期间的 ADC 电桥测量，在测量过程中，VEXCITATION 位于电桥顶部，电桥的底部接地，并且失调电压 (VOS) 显示为电桥和 ADC 之间的源电压。

GUID-20211110-SS0I-0BZS-RJL0-ZF5SCQDWHXHD-low.svg图 5-9 交流激励（阶段 1）期间的电桥测量

方程式 28 计算阶段 1 期间由 ADC 测量的电压：

方程式 28. Phase 1 = AINP – AINN = +VOUT + VOS

第一次 ADC 测量结束后，阶段 2 将交换电桥极性以将 VEXCITATION 路由到电极的询问，电桥的顶部接地。该交换会反转输出电压，同时保持 VOS 的极性。图 5-10 显示了阶段 2 配置。

GUID-20211110-SS0I-SMRW-D9FK-R55LV93DBW1T-low.svg图 5-10 交流激励（阶段 2）期间的电桥测量

方程式 29 计算阶段 2 期间由 ADC 测量的电压：

方程式 29. Phase 2 = AINP – AINN = –VOUT + VOS

从方程式 28 中减去方程式 29 结果并除以 2 可得到方程式 30：

方程式 30. (Phase 1 – Phase 2) / 2 = [(+VOUT + VOS) - (-VOUT +VOS)] / 2 = VOUT

最终，方程式 30 显示了 VOS 被抵消，最终结果只是 VOUT，从而消除了电桥后面的总失调误差。但必须注意的是，交流激励并不能消除电桥内或斩波电路之前出现的系统性失调。相反，使用校准可消除固有的电桥失调。

实施交流激励需要外部晶体管、栅极驱动器或其他开关来交换电桥激励电压极性。ADC 或主机的通用输出 (GPO) 通常控制开关，并应使用非重叠时钟进行实施以防止电桥在电压反转期间跨导。

有多款 TI 精密 ADC 适用于实施交流激励。ADS1235 具有专门引脚用于控制交换电桥极性的外部开关。有关针对电桥测量实施交流激励的更多信息，请参阅使用交流激励模式降低电桥测量失调电压和漂移 应用手册。