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
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导致每个电桥的差分输出电压发生变化。与单电桥测量相比,电桥输出电压会降低,因为 VEXCITATION 在电桥 A 和电桥 B 之间进行了分配。PGA 集成到 ADC 中,并增益该低电平电桥输出信号,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。此测量不成比例,因为电桥 A 的输出电压可能会根据电桥 B 的属性而变化(反之亦然)。即使在施加的负载没有变化的情况下也存在这种依赖关系,导致伪比例基准配置。假定 ADC 具有多个差分基准输入,可以通过每个电桥使用一组专用基准输入来解决这一问题。
使用伪比例基准和单极低压 (≤ 5V) 电源测量多个串联的四线电阻式电桥需要:
在实施具有多个串联电桥的电路时,需要使用具有表 6-18 所述类似参数的传感器(每个电桥的参数应相同)。遵循该指南可简化每个电桥共模电压的确定方式。此外,使用具有不同标称电阻的电桥会引入增益误差,并使负载重量的确定更为困难。假定 ADC 具有多个差分基准输入,可以通过每个电桥使用一组专用基准输入来解决后一种困难。
要开始设计,请首先使用表 6-19 中的公式计算在空载条件下 (R1 = R2 = R3 = R4) 的电桥输出共模电压 VCM(Bridge_A) 和 VCM(Bridge_B)。例如,如果 RBRIDGE = 1kΩ 且 VEXCITATION = 5V,则方程式 65 和方程式 66 可得到以下结果:
图 6-12 展示了 ADC 多路复用器每个输入端的电压电平以及每个电压电平将如何施加到同一个放大器。
在之前的示例中,其中一个系统参数是特定 ADC 放大器的共模电压目标,与之前的示例不同的是,串联电桥组合需要确定 ADC 放大器共模电压范围 VCM(ADC)_RANGE。该范围有助于适应 VCM(Bridge_A) 和 VCM(Bridge_B) 之间可能较宽的差异,在图 6-12 中也是如此。如节 6.3.4所述,用于电桥测量应用的许多 ADC 都有辅助配套资料,可帮助确定一组特定输入条件下的 ADC 放大器共模范围。
图 6-13 展示了一个示例,说明了如何使用 ADS1261 Excel 计算器中的共模范围计算器 来确定 VCM(Bridge_A) 和 VCM(Bridge_B) 是否处于 ADS1261 中集成的放大器的输入范围之内。
在图 6-13 中,VIN_CM = 3.75V,用于检查 ADC 放大器是否可接受 VCM(Bridge_A)。该工具显示具有此共模电压的输入信号没有错误,表明当增益 = 128、AVDD = 5V 且 VIN_DIFF = 10mV 时,这是一种有效的输入条件(尽管未显示,但 VIN_CM = 1.25V 也是一种有效的输入条件)。此外,该工具显示,对于这些特定设置,VCM(ADC)_RANGE 从 0.45V 扩展到 4.54V,表明该 ADC 放大器可以接受 VCM(Bridge_A) 和 VCM(Bridge_B)。
请注意,在本示例中,VCM(ADC)_RANGE 取决于 PGA 增益。因此,必须为每个电桥选择 PGA 增益,并确保 VCM(Bridge_A) 和 VCM(Bridge_B) 处于 VCM(ADC)_RANGE 范围内。PGA 增益应该是小于 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,但应确保在 ADC FSR 无法最大化的情况下仍然满足所有系统要求。
接下来,使用表 6-19 中的公式和表 6-18 中的参数,确定每个电桥的最大差分输出电压 VOUT(Bridge Max)。该值是电桥在正常运行条件下可以提供的最大输出电压,并对应于可以施加到电桥的最大负载 Load(Bridge Max)。如果系统不使用整个电桥输出范围,则 VOUT(System Max) 定义的是施加到特定系统的最大差分输出信号,Load(System Max) 是对应的最大负载。例如,如果 VOUT(Bridge Max) 对应于 Load(Bridge Max) = 5kg,但系统规格只要求 Load(System Max) = 2.5kg,则 VOUT(System Max) 由方程式 67 给出:
请注意,如果 Load(System Max) = Load(Bridge Max),则 VOUT(System Max) = VOUT(Bridge Max)。
最后,如果需要校准,请按照节 5.5中的说明操作。请注意,图 6-11 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。