详解低功耗温度补偿式电桥信号调理器和驱动器电路

尽管100Ω铂RTD十分常见，但也可指定其他电阻（200Ω、500Ω、1000Ω等）和材料（镍、铜、镍铁）。本应用采用100ΩDIN43，760A类RTD。

　　图5所示的4线（开尔文）连接可消除RTD引脚电阻效应。注意：利用链路P3和链路P4，也可以使用2线、3线或4线配置，如表2所示。

　　如果不需要温度补偿，可利用链路P9旁路RTD。

　　输出编码

　　任一通道上输入电压的输出代码为：

　　其中：

　　AIN=AIN（+）AIN（-）=AIN（+）VREF

　　Gain为PGA增益设置，N=24。

　　电源电压要求

　　为使电路正常工作，电源电压VCC必须大于6V，以便为桥式传感器提供最低5V驱动。

　　系统校准

　　有多种方法可执行压力传感器温度校准。本应用采用四点校准程序。SiliconMicrostructures，Inc.（位于美国加利福尼亚州苗必达市）的AN13-01（恒定电压下MEMS压力传感器的主动温度补偿和校准）为校准程序提供了很好的参考。

　　测试数据与结果

　　系统噪声

　　全部数据捕获操作都通过CN-0355评估软件实现。

　　为捕获评估板噪声，进行了两次设置测量。第一次测量如图6所示，在AD8420输入短路的条件下进行，因而测量的是AD8420和AD7793的峰峰值噪声。进行了1000次采样，获得的代码分布约有100个代码，相当于12.5μV的峰峰值噪声;或者对于2.1V的满量程范围，相当于17.36个无噪声位。

　　图6.输出代码分布直方图（100个代码，AD8420输入引脚短路）

　　第二次测量是利用HoneywellNSCSANN600MGUNV压力计传感器进行，它连接到评估板。板上安装的该压力传感器未经放大和补偿，电压驱动器设置为10.1V。此测试有效展示了整个系统产生的噪声，包括传感器噪声，如图7所示。进行了1000次采样，获得的代码分布约有120个代码，相当于15μV的峰峰值噪声;或者对于2.1V的满量程范围，相当于17.1个无噪声位。

　　图7.输出代码分布直方图（120个代码，连接压力传感器）

　　系统功耗

　　表3显示了系统的总功耗，不包括压力传感器的功耗。

　　HoneywellNSCSANN600MGUNV压力传感器具有大约3kΩ的阻抗，会使表3所示的总功耗增加大约3.36mA。

　　用更低的电流（如10μA）驱动RTD，同时采用更高的RTD电阻值（如1kΩ），可进一步降低系统的功耗。

　　有源元件的误差分析

　　系统中的有源元件AD8420和ADA4096-2引起的最大误差及和方根（RSS）误差如表4所示。 

　　总电路精度

　　对电阻容差导致的总误差的合理近似推算是假设每个关键电阻对总误差贡献都相等。两个关键电阻是R8和R19、R20、R21中的任一个。0.1%的最差情况下电阻容差可造成最大值0.2%的总电阻误差。若假定RSS误差，则总RSS误差为0.1√2=0.14%。

　　电阻误差与表4给出的元件误差相加得到以下结果：

　　失调误差=0.365%+0.1400%=0.505%

　　增益误差=0.050%+0.1400%=0.190%

　　满量程误差=0.415%+0.1400%=0.555%

　　这些误差使用以下假设：选用计算得到的电阻值，容差是仅有的误差，传感器的电压驱动设置为10.1的增益。

　　线性度误差是在-500mV到+500mV的输入范围测试，采用图10所示的设置。总非线性误差约为0.45%。非线性主要由AD8420的输入跨导（gm）级引起。

　　总输出误差（%FSR）通过将实测输出电压与理想输出电压之差除以输出电压的FSR，然后乘以100得出。计算结果如图8所示。

　　图9显示EVAL-CN0355-PMDZ评估板的实物照片。该系统的完整文档位于CN-0355设计支持包中。

　　常见变化

　　其他合适的ADC有AD7792和AD7785，这两款器件具有与AD7793相同的特性组合。不过，AD7792为16位ADC，AD7785为20位ADC。

　　AD8237是一款微功耗、零漂移、真正轨到轨仪表放大器，也可用于本电路配置的低电源电压版本。

　　仪表放大器AD8226是另一个选择，它能以更高的功耗（约525μA）实现更好的线性度。

　　对于需要低噪声和低失调电压的低电源电压范围应用，可以用双通道AD8606取代ADA4096-2。双通道AD8606具有极低失调电压、低输入电压和电流噪声以及宽信号带宽等特性。它采用ADI公司的DigiTrim调整专利技术，无需激光调整便可达到出色的精度。

　　电路评估与测试

　　本电路采用EVAL-CN0355-PMDZ电路板、EVAL-SDP-CB1Z系统演示平台（SDP）评估板和SDP-PMD-IB1Z（一款针对SDP的PMOD转接板）。SDP和SDP-PMD-IB1Z板具有120引脚的对接连接器，可以快速完成设置和电路性能评估。为了使用SDP-PMD-IB1Z和SDP评估EVAL-CN0355-PMDZ板，通过一个间距为100密尔、面积为25平方密尔的标准直角引脚接头连接器把EVAL-CN0355-PMDZ连接至SDP-PMD-IB1Z。

　　设备要求