使用不完美的組件準(zhǔn)確測量電阻

對于應(yīng)變儀或熱敏電阻等傳感器，您必須使用由不完善的組件構(gòu)建的電路準(zhǔn)確且廉價地測量電阻，其中增益和偏移誤差會顯著限制歐姆測量的準(zhǔn)確性。正確的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以在測量歐姆時消除大多數(shù)誤差項，而精度僅由單個參考電阻器確定（圖 1 ）。

圖 1 電阻分壓器拓?fù)錇殡娏髟春陀糜谛?zhǔn)的精密電阻器提供了一種成本更低的替代方案。

與測量電壓或電流不同，測量無源屬性（例如電阻）需要刺激。測量電阻的一種方法是迫使已知電流通過電阻器并測量電阻器兩端的電壓。以這種方式測量歐姆意味著，通過正確選擇激勵電流，您無需進(jìn)行數(shù)學(xué)運算，因此當(dāng)計算成本超過構(gòu)建精確電流源的成本時，這種方法很受歡迎。但是，電流源的精度直接限制了讀數(shù)的精度，并且測量響應(yīng)電壓的任何增益或偏移誤差也會抵消精度。此外，測量范圍僅限于 ADC 的信號范圍，如下式所示：

隨著功能更強大的微控制器和片上比率 ADC 的發(fā)展，電阻分壓器模塊架構(gòu)（圖 2 ）提供了一種更便宜的方法：

圖 2 使用兩次測量和比率計算消除大部分增益和偏移誤差。

這種架構(gòu)具有從短路到開路的理論測量范圍，但測量響應(yīng)電壓的任何失調(diào)誤差都會限制實際范圍；參考電阻限制了測量響應(yīng)電壓的整體精度以及任何增益和偏移誤差。

參考電阻器的成本決定了參考電阻器引入的誤差，您可以從參考電壓 V REF推導(dǎo)出電源電壓 V CC。比率 ADC 的增益誤差通常很小，對整體誤差的貢獻(xiàn)不大，但偏移誤差并非如此，它可能是影響整體精度的最大誤差因素。使用更昂貴和更精確的組件可降低測量路徑中任何運算放大器的偏移誤差。

圖 2 顯示了如何顯著消除增益和失調(diào)誤差，其中減去兩個測量電壓可以消除測量系統(tǒng)中的任何失調(diào)誤差：

這兩個差值的比率消除了任何測量路徑增益誤差，讓參考電阻來確定測量誤差。只要測量信號從未超出 A/D 轉(zhuǎn)換器的范圍，此結(jié)果就有效。為保證此條件，請將檢測緩沖器增益設(shè)置為略小于單位。

您還可以測量多個電阻器，其中所有檢測路徑復(fù)用到單個緩沖器和 A/D 轉(zhuǎn)換器，八個模擬引腳可讓您測量多達(dá)六個傳感器（圖 3 ）?；蛘?，您可以將四個檢測路徑中的每一個連接到其自己的緩沖器和轉(zhuǎn)換器。

圖 3 通過單個緩沖器和 A/D 轉(zhuǎn)換器使用多路復(fù)用，擴(kuò)展處理多個傳感器和信號路徑的想法。

如何 使用可編程模擬片上系統(tǒng)控制器實現(xiàn)圖 2的電路。 它使用 ADCINC12 用戶模塊、可編程增益調(diào)整用戶模塊和兩個模擬輸出緩沖器。將 ADCINC12 的模擬模塊放置在緩沖器正下方，并將 ADCINC12 的時鐘設(shè)置為 167 kHz，采樣率為 10 個樣本/秒，以消除信號中的任何 50 或 60 Hz 干擾。如果應(yīng)用程序需要更快的轉(zhuǎn)換，請?zhí)岣卟蓸勇?。控制軟件為C語言；該程序計算電阻讀數(shù)并將其保留在全局存儲位置。