RX23E-A 24bit ΔΣADC基礎篇(2)用于傳感器測量的Δ∑ADC的特性

二用于傳感器測量的Δ∑ADC的特性

世界上有各種各樣的傳感器，除了ΔΣADC之外，還需要各種電路來測量這些傳感器。當處理微小信號時，您可能需要在執行AD轉換之前放大信號。然后，您將需要一個放大器。AD轉換還需要參考恒壓源。測量電阻傳感器時，使用激勵電流源讓電流流過電阻非常有用。這樣，除了ΔΣ ADC之外，還需要各種模擬功能來進行傳感器測量。將此類模擬功能和ΔΣADC集成到單個芯片中的器件稱為用于傳感器測量的ΔΣADC。

本節介紹如何配置傳感器的ΔΣ ADC。這是用于傳感器測量的ΔΣADC示例，僅是我們RX23E-A的模擬部分。為了方便說明，我以這款RX23E-A為例進行說明，但即使是其他公司的設備也具有基本相同的配置。

?24位Δ∑ADC+可編程增益放大器（Programmable Gain Amplifier，PGA）+ 緩沖器（Buffer，BUF）

?參考電壓源（Reference Voltage Source，VREF）

?參考緩沖器（Reference Buffer，RBUF）+ 外部參考輸入

?激勵電流源（Excitation Current Source，IEXC）

?偏置電壓發生器（Bias-Voltage Generator，VBIAS）

?內部溫度傳感器（Internal Temperature Sensor，TEMPS）

?低邊開關（Low-Side Switch，LSW）

?數字濾波器（Digital Filter，SINC4）

通過使用這些功能，可以用最少的所需外部元件來組裝傳感器電路。后面，將逐一介紹每個功能。

2.1 24位Δ∑ADC+可編程增益放大器（PGA）+緩沖器（BUF）

PGA采用適合傳感器測量的全差分配置。

?應用

溫度的高精度測量（熱電偶、RTD），應變（力、重量、壓力等）、電壓、電流等。

?配置

可編程增益放大器（PGA），具有電壓跟隨器配置的緩沖器（BUF），Δ∑調制器。

?特性（適用于RX23E-A）

低偏移電壓、低溫度漂移（偏移/增益）、低噪聲

PGA增益：1、2、4、8、16、32、64、128倍

數據速率：7.6 SPS ~ 15.625 kSPS

2.2 參考電壓源（VREF）

該電路產生具有低溫度漂移的2.5V恒定電壓。

?應用

Δ∑ADC的參考電壓、傳感器電源等。

?配置

產生約1.2V恒定電壓的BGR（BandGap Reference，帶隙基準）和放大器電路的組合。

?特性（適用于RX23E-A）

溫度漂移：10ppm/℃（典型值）

初始精度：2.5V±0.1%（最大值）

負載電流：最大+/-10 mA

2.3 參考緩沖器（RBUF）+外部參考輸入

必須為ADC提供參考電壓。您可以使用內置參考電壓VREF作為參考電壓，或者您可能想要使用除內置參考電壓源之外的參考電壓源。

?應用

當不使用內置VREF（例如比率法）時使用（RTD、電阻橋等）。

?配置

帶有RBUF的外部參考輸入，支持差分輸入（可輸入0至AVCC之間的任意電壓，例如RFF+ = 3V & REF- = 1V）。

?特點（針對RX23E-A）

RBUF/Enable的情況：

高輸入阻抗時輸入偏置電流為nA量級（但是，由于輸入電壓范圍窄，因此必須在距離電源軌向內至少0.1V處使用）。

RBUF/Disable的情況：

支持軌到軌輸入（但是，會流過10uA量級的輸入偏置電流）。

2.4 激勵電流源（IEXC）

IEXC輸出50至1000uA的恒定電流。

2.5 偏置電壓發生器（VBIAS）

可以提供模擬電源電壓AVCC一半的電壓。

?應用

提供輸入公共電壓VIC；

主要假設與熱電偶一起使用

?配置

電阻分壓器和電壓跟隨器

?特點（針對RX23E-A）

不支持大負載，建議最大100uA左右（高輸入阻抗電路所需）。

2.6 內部溫度傳感器（TEMPS）

實際上是一個測量芯片溫度的電路。

?應用

溫度修正

? 配置

BGR（帶隙基準）和VPTAT（與絕對溫度成比例的電壓）的結合（PTAT：Proportional To Absolute Temperature ）。

?特點（針對RX23E-A）

精度：最大±5°C

精度：取決于數據速率，但可以以毫米度為單位進行測量

2.7 低邊開關（LSW）

這是一個CMOS模擬開關電路。

?應用

開關電源給傳感器供電

?配置

路1觸點（SPST*）

*SPST：單刀單擲

?特點（針對RX23E-A）

導通電阻：最大10歐姆

允許電流：最大30毫安*1

*1：當5V施加到120Ω應變片時，電流超過允許電流。

2.8 數字濾波器（SINC4）

它不是模擬電路，但也想解釋一下數字濾波器。前面講過，Delta Sigma通過對大量1位進行平均來提高分辨率。數字濾波器對這批1位進行平均。數字濾波器有多種類型，但大多數ΔΣADC都有一種稱為SINC濾波器的數字濾波器。對于RX23E-A，有4個SINC濾波器：如圖所示，傳遞函數是四階濾波器，因此它乘以四次方。

?應用

通過LPF特性衰減高頻噪聲

特定頻段的噪聲抑制（例如50/60Hz）

?配置

四階SINC濾波器

?特點

穩定時間：約4Ts[sec]???需要采樣時間的4倍。（穩定時間是指從A/D轉換開始后到輸出第一個A/D轉換結果的時間。）

傳遞函數和頻率特性