讓傳感器匹配轉(zhuǎn)換器 還是讓轉(zhuǎn)換器匹配傳感器

設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)時(shí)，您可能會(huì)使用的最初設(shè)計(jì)方法是首先研究需要的精度，然后再使用一個(gè)可提供精度比較的 ADC。為了獲得要求的準(zhǔn)確度或精度，需要向系統(tǒng)添加一些必要的增益模塊，以使相關(guān)的模擬范圍能夠覆蓋 ADC 的動(dòng)態(tài)范圍。

然而，還有另外一種替代方法?？梢允褂靡粋€(gè) 24 位轉(zhuǎn)換器來去除增益模塊及其帶來的偏移、漂移和噪聲（存在于 12 至 16 位系統(tǒng)中）。該 24 位轉(zhuǎn)換器是一種更加簡(jiǎn)單的解決方案，可以在相同或者更低成本條件下獲得更高的性能。

您可能會(huì)只使用 24 位 ADC 范圍中的一部分來完成設(shè)計(jì)。沒錯(cuò)：您可能會(huì)丟掉一些位！但仍然可以達(dá)到或者提高原來 12 至 16 位系統(tǒng)的精度和準(zhǔn)確度。相比 12 位 ADC，該 24 位轉(zhuǎn)換器具有 4096 的直接系統(tǒng)增益優(yōu)勢(shì)，以及一種額外的可編程增益放大器 (PGA) 功能。Δ-Σ 轉(zhuǎn)換器中的內(nèi)部 PGA 功能可以增加增益 64 到 128 倍（取決于具體產(chǎn)品）。

作為設(shè)計(jì)過程的第一步，通常要仔細(xì)查看使用的傳感器，然后查看傳感器的輸出范圍。之后，再將該傳感器的輸出范圍與 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入相匹配。在這一過程中，需要一個(gè)模擬增益單元來使傳感器/ADC 匹配有效?；蛘?，試著隨便找一個(gè)能夠匹配傳感器輸出范圍的 ADC。請(qǐng)慎用這兩種方法。盡量多注意系統(tǒng)噪聲影響，這種情況下實(shí)際系統(tǒng)精度和準(zhǔn)確度是很重要的規(guī)范。

例如，如果一個(gè) 12 位系統(tǒng)具有 250 V/V 模擬增益的 5V 范圍，那么系統(tǒng) LSB 就等于 5V /250 / 212 或 4.88 mV。圖 1.A 描述了此類系統(tǒng)。
圖 1 12 位 SAR (A) 顯示的是一個(gè)通過放大器連接至轉(zhuǎn)換器的傳感器；

24 位Δ-Σ (B) 顯示的是一個(gè)直接連接至轉(zhuǎn)換器的傳感器。

　現(xiàn)在，將傳感器信號(hào)放入一個(gè)無增益 24 位轉(zhuǎn)換器中（請(qǐng)參見圖 1. B）。之所以這樣做是因?yàn)?24 位系統(tǒng)的 LSB 尺寸相當(dāng)于擁有一個(gè) 4096 的模擬增益。當(dāng)采用這種設(shè)計(jì)方法時(shí)，通過使用 ADC 差分輸入來消除模擬電平轉(zhuǎn)換的影響。這就能夠向負(fù) ADC 輸入施加一個(gè)電壓，同時(shí)能夠?qū)⒄?ADC 輸入和傳感器輸出放置在一起。盡管 24 位 ADC 的總范圍是可操作的，但是傳感器輸出可能只包括 ADC 輸出代碼的一部分。選擇 ADC 范圍中的這一部分后，便可將注意力集中在信號(hào)響應(yīng)的最佳區(qū)域。使用一款具有 23 位有效精度的 24 位 ADC 就像在轉(zhuǎn)換器范圍內(nèi)放置了 2048 個(gè)單獨(dú)的 12 位轉(zhuǎn)換器。

以后我們將研究如何在一個(gè)負(fù)載單元和溫度傳感器應(yīng)用中實(shí)施這些方法。無論是哪種情況，我們都會(huì)對(duì)比系統(tǒng)的性能和成本。通過評(píng)估一些不同類型的低速電路，我們會(huì)得到一個(gè) 12 位應(yīng)用和 24 位實(shí)施的對(duì)比結(jié)果，從而說明這種新設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)。