模拟信号设计注意事项

        如前面提到的，系统会有一个偏移，其随温度而有所不同。随温度的偏移/漂移和低频噪声可以使用相关双采样(CDS)来消除。使用CDS，首先衡量零参考偏移(测试时两个输入都短路)，然后测量经过传感器的电压。在图3和4中，要测量零参考信号，ADC的连接到1通道。当测量到经过传感器的电压时，它包括实际的热电偶电压、偏移和噪声(方程1)。在图3和4中，它是通道0测量到的电压。

VR_Signal = VRTD + VN + Voffset  -- (1)
VR_Signal = VRTD + VN + Voffset  -- 方程(1)

方程2给出了零参考读数。

VZero_Ref = VN + Voffset  -- (2)
VZero_Ref = VN + Voffset  --方程(2)

方程3给出了之前的零参考取样和目前测量的零参考之间的关系。

VZero_ref_Prev = (VN + Voffset)*Z-1 -- (3)
VZero_ref_Prev = (VN + Voffset)*Z-1 –方程 (3)

然后，方程(4) 给出了当前测量的传感器电压和之前的零参考信号之间的区别。

Vsignal = (VRTD + VN + Voffset) - (VN + Voffset)*Z-1  --(4)
Vsignal = VRTD – (VN + Voffset)*(1-1/Z) –(5)
Vsignal = (VRTD + VN + Voffset) - (VN + Voffset)*Z-1  --方程(4)
Vsignal = VRTD – (VN + Voffset)*(1-1/Z) –方程(5)

由于偏移量对于连续采样来说是一个常数，方程5则导出方程6。
Vsignal = VRTD - VN*(1-1/Z) – (6)
Vsignal = VRTD - VN*(1-1/Z) – 方程(6)

采用双线性变换，Z =(1 + sT / 2)/(1-sT)，这里T是1 / fsample，方程 6可以写成方程7。
Vsignal = VRTD – VN*(2s/(s+ 2fsample) – (7)
Vsignal = VRTD – VN*(2s/(s+ 2fsample) – 方程(7)

        如果我们分析方程7，它是一种高通响应。另一方面，ADC有一个低通响应。这可以帮助减少系统总体噪声。同时，我们看一下图4的结构，很明显，系统精度完全依赖于IDAC的准确性。如果IDAC 偏离5%，计算结果也将偏离5%。在测量中叫做增益误差，对于绝大多数系统来说是不可以接受的。还有其他因素也会带来增益误差，ADC和它的参考精度是最大的因素。如果ADC的参考精度只有1%，所有使用这个ADC的测量将会有1%的增益误差。在这里，因为我们讨论的是温度测量，所以漂移将是更难的问题。

        避免这些不同增益误差的最佳方式是选择更高精度的参数。0.1%精度的电阻可以用于减少误差。图5显示了其结构，其中连接了校准电阻。

 
图5：带增益误差补偿的4线RTD测量

        电流首先通过参考电阻，测量到了电压，从而测量出其阻值。这很容易引起先前讨论过的测量误差。然而，在下一步中，同一电流通过RTD，使用相同的设置测量电压。这两个ADC测量的比率除去存在的增益误差，因为RTD的电阻测量是由参考连接到参考电阻组成的。系统精度现在取决于使用的参考电阻的精度和公差。

毫伏级测量需要考虑的因素

        到现在为止，我们已经讨论了在高精度系统中设计精密模拟测量时所面临的挑战，这里的测量范围通常是伏特级的。有的系统测量范围为mV级，这对于设计人员来说是一个全新的挑战。这种系统的一个很好例子就是测压元件。测压元件是这样一些传感器：它们把作用于它们的负载转换成电信号。通常用于体重测量的数字秤。典型的测压元件是四电阻应变片桥结构。传感器由两种电压激励终端激励，基于应用于传感器的压力，在测量终端会建立一个小电压。测压元件的输出电压范围通常为mV / V，这是1V激励磁电压的输出范围。

        让我们举一个例子，一个2mV / V的测压元件，测量最大重量为10千克。如果用户使用一个5V的输入作为激励，那么净输出电压范围仅仅是10mV。这意味着即使测压元件正在承受一个10公斤的压力，输出也仅仅是10mV。为了解决在这个10mV的范围接近16位精度，这意味着我们需要减少ADC范围来适合这种输入调整。

        最常用的方法是使用增益来放大输