讓傳感器匹配轉(zhuǎn)換器還是讓轉(zhuǎn)換器匹配傳感器？

就模擬轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)而言，您會(huì)選擇的初始設(shè)計(jì)方法可能是查看需要的精度，然后使用一個(gè)能夠獲得相應(yīng)精度的 ADC。為了達(dá)到要求的準(zhǔn)確度或精度，需要給系統(tǒng)加裝一些必要的增益模塊，以便讓有效模擬范圍覆蓋 ADC 的動(dòng)態(tài)范圍。

但是，我們還可以選擇另一種方法。您可以使用一個(gè) 24 位轉(zhuǎn)換器來消除增益模塊及其產(chǎn)生的補(bǔ)償、漂移和噪聲(您會(huì)在 12 位到 16 位系統(tǒng)中找到他們)。24 位轉(zhuǎn)換器是一款更為簡單的解決方案。另外，您還可以在相同或者更低成本的情況下獲得更高的性能。

您或許可以只使用 24 位 ADC 范圍的一部分便能夠完成設(shè)計(jì)。是的，沒錯(cuò)，您可能會(huì)去掉一些位!在這種情況下，您仍然能夠達(dá)到或者提高原始 12 或 16 位系統(tǒng)的分辨率和精度。相比12 位 ADC，24 位轉(zhuǎn)換器擁有 4096 的即時(shí)系統(tǒng)增益優(yōu)勢，以及一種附加的可編程增益 放大器 (PGA) 功能。Δ-Σ 轉(zhuǎn)換器中的內(nèi)置 PGA 功能，可以再增加 64 到 128 倍增益(具體情況根據(jù)產(chǎn)品不同而不同)。

作為設(shè)計(jì)過程的第一步，您常常會(huì)查看您將要使用的傳感器，然后檢查傳感器的輸出范圍。之后，您會(huì)將傳感器的輸出范圍同 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入匹配。在這一過程中，您需要一個(gè)模擬增益單元來讓傳感器/ADC 匹配有效。或者，您可能會(huì)不加思考地試圖找到一種能夠匹配您傳感器輸出范圍的 ADC。請不要這樣做。盡量多考慮系統(tǒng)噪聲影響，其中的實(shí)際系統(tǒng)分辨率和精度是兩個(gè)重要的規(guī)范。

例如，如果一個(gè) 12 位的系統(tǒng)，您有一個(gè) 250 V/V 模擬增益的 5V 范圍，則系統(tǒng) LSB 等于 5V /250 / 212 ，即 4.88 mV。圖 1.A 描述了這類系統(tǒng)。

圖 1.A 12 位 SAR (A) 顯示了一個(gè)通過放大器連接至轉(zhuǎn)換器的傳感器。一個(gè) 24 位 Δ-Σ (B) 顯示了一個(gè)直接連接至轉(zhuǎn)換器的傳感器。

現(xiàn)在，將傳感器信號放入一個(gè)沒有增益的 24 位轉(zhuǎn)換器中(請參見圖 1.b)。您可以這樣做，因?yàn)?24 位系統(tǒng)的 LSB 大小相當(dāng)于有一個(gè) 4096 的模擬增益。使用這種設(shè)計(jì)方法時(shí)，需通過使用 ADC 的差動(dòng)輸入去除模擬電平轉(zhuǎn)換的影響。這樣便讓您可以在使用傳感器輸出定位您的正 ADC 輸入時(shí)，向您的負(fù) ADC 輸入施加電壓。盡管 24 位 ADC 的總范圍是動(dòng)態(tài)的，但您的傳感器輸出可能僅僅覆蓋一部分 ADC 輸出碼。選擇這部分 ADC 范圍后，您可以將注意力集中于信號響應(yīng)的較理想?yún)^(qū)域。使用一個(gè)具有 23 位有效精度的 24 位 ADC，就像是在轉(zhuǎn)換器范圍使用 2048 個(gè)單獨(dú)的 12 位轉(zhuǎn)換器。

在今后的一些文章中，我們將討論在一個(gè)測力計(jì)和濕度傳感器應(yīng)用中如何實(shí)施這些想法。在這兩種情況中，我們將比較系統(tǒng)的性能和成本。通過評估一些不同類型的低速電路，我們將對比 12 位應(yīng)用和 24 位實(shí)施說明這種新設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢。