电子设计基础：电阻电桥基础

路时主要应考虑的是动态范围和ADC的分辨率。最低要求取决于具体应用和所选的传感器和RTD的参数。为了举例说明，使用下列参数：

　　系统规格

　　满量程压力：100psi

　　压力分辨率：0.05psi

　　温度范围：-40°C到+85°C

　　电源电压：4.75到5.25V

　　压力传感器规格

　　S0 （灵敏度）： 150到300µV/V/psi

　　S1 （灵敏度的温度系数）： 最大-2500ppm/°C

　　U0 （偏移）： -3到+3mV/V

　　U1 （偏移的温度系数）： -15到+15µV/V/°C

　　RB （输入电阻）： 4.5k

　　TCR （电阻温度系数）： 1200ppm/°C

　　RTD： PT100

　　α： 3850ppm/°C （ΔR/°C = 0.385，Ω额定值）

　　-40°C时的值： 84.27Ω

　　0°C时值： 100Ω

　　85°C时值： 132.80Ω

　　关于PT100的更多细节，请参见Maxim的》应用笔记3450："PT100温度变送器的正温度系数补偿"。

　　电压分辨率

　　能够接受的最小电压分辨率可根据能够检测到的最小压力变化所对应的VOUT得到。极端情况为使用最低灵敏度的传感器，在最高温度和最低供电电压下进行测量。注意，式1中的偏移项不影响分辨率，因为分辨率仅与压力响应有关。

　　使用式1以及上述假设：

　　ΔVOUT min = 4.75V （0.05psi/count 150µV/V/psi × （1+ （-2500ppm/°C） × （85°C -25°C）） ≈ 30.3µV/count

　　所以： 最低ADC分辨率 = 30µV/count

　　输入范围

　　输入范围取决于最大输入电压和最小或者最负的输入电压。根据式1，产生最大VOUT的条件是：最大压力（100psi）、最低温度（-40°C）、最大电源电压（5.25V）和3mV/V的偏移、-15µV/V/°C的偏移温度系数、-2500ppm/°C的TCS、以及最高灵敏度的芯片（300µV/V/psi）。最负信号一般都在无压力（P＝0）、电源电压为5.25V、-3mV/V的偏移、-40°C的温度以及OTC等于+15µV/V/°C的情况下出现。

　　再次使用公式1以及上述假设：

　　VOUT max = 5.25V × （100psi · 300µV/V/psi × （1+ （-2500ppm/°C） × （-40°C - 25°C）） + 3mV/V + （-0.015mV/V/°C） × （-40°C - 25°C）） - 204mV

　　VOUT min = 5.25 × （-3mV/V + （0.015mV/V/°C × （-40°C - 25°C））） - -21mV

　　因此：ADC的输入范围 = -21mV到+204mV

　　分辨位数

　　适用于本应用的ADC应具有-21mV到+204mV 的输入范围和30µV/count的电压分辨率。该ADC的编码总数为（204mV + 21mV）/（30µV/count） = 7500 counts，或稍低于13位的动态范围。如果传感器的输出范围与ADC的输入范围完全匹配，那么一个13位的转换器就可以满足需要。由于-21mV到+204mV的量程与通常的ADC输入范围都不匹配，因此需要或者对输入信号进行电平移动和放大，或者选用更高分辨率的ADC。幸运的是，现代的Σ-Δ转换器的分辨率高，具有双极性输入和内部放大器，使高分辨率ADC的使用变为现实。这些Σ-Δ ADC提供了一个更为经济的方案，而不需要增加其它元器件。这不仅减小了电路板尺寸，还避免了放大和电平移位电路所引入的漂移误差。

　　工作于5V电源的典型Σ-Δ转换器，采用2.5V参考电压，具有±2.5V的输入电压范围。为了满足我们对于压力传感器分辨率的要求，这种ADC的动态范围应当是：（2.5V - （- 2.5V））/（30µV/count） = 166，667 counts。这相当于17.35位，很多ADC都能满足该要求，例如18位的MAX1400。如果选用SAR ADC，则是相当昂贵的，因为这是将18位转换器用于13位应用，且只产生11位的结果。然而，选用18位（17位加上符号位）的Σ-Δ转换器更为现实，尽管三个最高位其实并没有使用。除了廉价外，Σ-Δ转换器还具有高输入阻抗和很好的噪声抑制特性。

　　18位ADC可以使用带内部放大器的更低分辨率的转换器来代替，例如16位的MAX1416。8倍的增益相当于将ADC转换结果向高位移了3位。从而利用了全部的转换位并将转换需求减少到15位。是选用无增益的高分辨率转换器，还是有增益的低分辨率转换器，这要看在具体使用的增益和转换速率下的噪声规格。Σ-Δ转换器的有效分辨率通常受到噪声的限制。

　　温度测量

如果测量温度仅仅是为了对压力传感器进行补偿，那么，温度测量不要求十分准确，只要测量结果与温度的对应关系具有足够的可重复性即可。这样将会有更大的灵活性和较松的设计要求。有三个基本的设计要求：避免自加热、具