施工指南
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给
Σ
转换器一点点增益提升
与前端模拟放大级
由邦妮·贝克
检测小信号的过程控制是一个挑战
其中，所使用的传感器的环境中捕获温度
TURE ，压力等环境信息产生
低电平信号。这些信号可以很容易地由被屏蔽
环境噪声的测量的物理附近，
把严格要求，对电子在剩下
明镜信号路径。如果需要高精确水平
在这些数据采集系统，所述有效信号全
尺度范围必须减小使信号与噪声
比（SNR）高。几种技术，在数字域
以及模拟域，可以被用来改善信号 -
噪比的感测系统的。一个电路的一个例子
可以很容易地实现数字和模拟技术，以
改善信噪比示于图1.在本
电路的仪表放大器被用来在其前端
模拟信号路径中。该模拟增益级直接
改变整个系统的有效满刻度范围。
继仪表放大器，一个Δ-Σ CON-
换器被使用是因为它的内部模拟增益和
数字滤波功能。当Δ- Σ转换器
被适当配置，模拟增益和数字滤波是
优化，以进一步提高信噪比。收尾
信号调节是由进行
μ控制器，
其中，软件收益或换档位使用。
R
1
5.36k
R
2
698
R
3
357
1
此应用程序公告讨论了设计权衡
的模拟增益级之前的Δ-实施
sigma转换器。对于这个例子的仪表扩增
费里，如INA128被使用。该INA128选择
由于该器件的输入是差分提供
良好的共模抑制的频率，它可以是
在单电源环境下使用。附加价值
增益之前，在A / D转换器将在一个温度示出被
TURE遥感应用电路。欲了解更多信息CON-
cerning软件增益，是指申请公告AB- 106 。
如对imple-的问题的详细讨论
门庭所述可编程增益放大器和数字滤波器
Δ-Σ转换器，请参阅应用报告
AB-108.
感测装置，如热电偶，RTD及应变
计物理或机械发生了回应
被测量和操纵在所述过程控制envi-
境。这些器件的灵敏度发生变化，并且
依赖于他们的建筑。例如，所述热电
耦合（图2a）是用来感测温度变化大
在0 ℃至1700℃的范围。热电偶是
与连接两种不同的金属构成
在一起。一电压，随着温度的结果而创建
3
4
5
6
2.37k
+5V
1N4148
铬
K型
热电偶
R
G
1.27k
+ IN
4
铝镍合金
铜
5
6
7
6pF
6pF
8
9
In
V
REF
1
PGA
INA128
2
3
电压
衰减器
μ控制器
指令寄存器
命令寄存器
数据输出寄存器
偏移寄存器
满量程注册
时钟
Σ
ADC
18
电压
REF
17
16
15
14
13
串行
接口
12
11
ADS1212
10
DVDD
+5V
图1.该电路实现高精度的热电偶接口与冷结补偿。该
Σ
A / D
转换器， ADS1212 ，用于实现高精度的对本电路中的19-至20位的范围。该INA128使用
相匹配的热电偶来的数据转换系统的输入满量程范围的输出范围。
1996年的Burr-Brown公司
AB-107
美国印刷1997年1月
从金属到其他的一端差。该
四种不同的热电偶的灵敏度显示在
下表：
温度
系数
(V/
°
C上0
°
C)
58.5
50.2
39.4
38.0
ISA TYPE
E
J
K
T
金属中所用
电线
铬/康铜
铁/康铜
铬/镍铝
铜/康铜
作为一个典型的感测装置的最后一个例子中，应变
计用于（图2c） 。通常，这些装置需要
电流激励。这些桥梁可以有单人，双人
四个有源元件的建设。每个电阻元件
名义上是等于其他三个。典型大小
这四个要素在桥的阻力可以变化
从300Ω至10kΩ 。如果设计者保持的范围之内
这些设备的机械应力限制，充分
量程输出范围可为10mV之间变化至100mV 。
所讨论的传感器，热电偶，应变计
在数字化的信号呈现最具挑战性的问题
由于极低的范围，在它们的输出。电路
设计为感测所述电压的变化的一个热电偶是
在图1中示出。
中示出的单个供给温度感测系统
图1使用一个K型热电偶来检测变化
温度。的K型热电偶的温度范围内
耦合通常为0 ℃至1250℃ ，具有的灵敏度
39.4μV / ℃，在0℃下。对于全面温度波动时，
热电偶的三角形输出电压会为50mV 。
的2.5V的电压基准
Σ
A / D转换器，
ADS1212 ，用于偏压的二极管，以及设置
的输入和输出级为参考的共模电压的
ENCE仪表放大器。共模
该INA128的电压Vs所需的输出摆幅为
如图3所示。请记住，热电偶
只能产生正电压，最优满量程
2.25V至4.25V INA128的输出摆幅与实现
的热耦合的输入共模偏压以
2.25V （用R实现了
3
） 。这样做是为了保证在
INA128配置为最广泛的输出摆幅可能
在此单电源电路。的输出摆幅限制
该INA128决定了仪表放大器的增益
为40V / V 。的1N4148二极管（ -2mV /℃）被定位在
随着镍铝导线连接处的隔热盒/
铜（ 135.9μV / ℃，在0℃下）和镍铬合金/铜
（ 96.5μV / ℃，在0℃ ） ，以抵消不希望的温度
这些路口的影响。二极管两端的电压分压器
各种热电偶的表一，温度系数
情侣类型。
热电偶是低阻抗，电压输出设备
并要求温度参考或补偿点。
这些设备不需要电压或电流激励，
这是一个加，但是，它们的灵敏度非常低。为
例如， K型热电偶的大约有一
40μV /℃的灵敏度对温度的变化和将
改变约50mV的为0 ℃的温度范围内
到1250 ℃。
用于感测温度的另一设备是将RTD 。
这些器件可在各种金属中materi-
ALS ;铂是最可靠的。虽然温度
RTD的TURE范围比热电偶的小
耦合（参见图2b ），这是非常准确的，稳定的，并
重复的一段时间。铂热电阻的灵敏度
0.00385Ω / Ω / ℃。这转化为一个300Ω至400Ω三角洲
覆盖装置的整个温度范围内。热电阻
要求是，用于转换的激励电流
该装置的耐电压。电流源是
用于激励RTD可以用作前端增益
元素。应注意与此电流行使
源，因为错误可以被产生为自的结果
加热RTD的。用铂热电阻，一个激励
2.5毫安将产生跨越一个满量程电压增量
750mV的RTD为1000MV 。
A） K型热电偶
B） PR- 100铂RTD
C） SG -一千分之一十三应变计
无励磁
40μV / ℃，
0 ° C至1250℃
1N4148
异热块
1k
1k
励磁电流
0.00385//°C
-200 ℃600 ℃的
~
300Ω范围
励磁电流
10秒到100秒mV的输出范围
1k
1k
~
50mV的范围
图2.传感设备，如热电偶，热电阻和应变计，生产小信号，往往居住在嘈杂的
环境。这些设备的输出电压和电阻需要仔细的前端信号
调理。
2
5.00
共模电压（V ）
INA128 / INA2128共模电压
与输出电压
+V
S
= 5.00, –V
S
= 0.00, V
REF
= 2.50, G = 40.00
4.00
3.00
线性区域
2.00
4.增益设置，请参考AB- 108有关的详细信息
PGA增益和Turbo的优化和噪声分析
该ADS1212的模式设置。对于10Hz的数据速率和
零输入的有效输出均方根噪声电平
ADS1212会是 6μVrms 。在一个系统中的热敏
电偶是直接连接到所述
Σ
转换器的输入端，
1 LSB的K型热电偶，它有一个
50mV
输出范围为1250 ℃的温度增量，就等于
6.094米℃。有效的解决了这一制度将
有21.3位有效值。然而，热电偶的输出范围
的为50mV （最大值）将永远不会达到满量程输入
的范围
Σ
转换为2V 。
与被配置为40的增益，输出的INA128
仪表放大器的噪声会被计算
如：
1.00
0.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
输出电压（V）
INA
输出噪声
=
噪音
在10赫兹
10
收益
INA
=
10纳伏/赫兹
3.1623
40
=
1.265
VRMS
有效的LSB在热电偶会是 40.7nVrms 。
这是计算用下面的公式：
系统噪声
RTO
=
（ INA
输出噪声
)
2
收益
PGA
+
（ ADC
噪音
)
2
有效的制度LSB
RTI
=
系统噪声
RTO
/ （ GAIN
INA
收益
PGA
)
该INA128 Instrumenta-图3.典型性能
化放大器。
(R
1
和R
2
）用于减去由所产生的误差
两路口，镍铝/铜和镍铬合金/铜。一
额外的好处，使用这种方法
Σ
变流器
引用是减少误差由于这样的事实，该
整个系统是基于相同的参考和还原
的系统成本。
该
Σ
转换器ADS1212 ，有能力提升
信号转换，由PGA增益精度手段
（在输入端），并且在该设备的数字滤波器阶段。在
事件的两个内部的优化组合
在A / D转换器的阶段，不能提供所需的
系统LSB大小，其他方法，如输入增益级
使用INA128可以使用。例如，一个最佳
配置为具有10Hz的数据速率的ADS1212 ，
将是4和PGA一个涡轮（过采样速率）设置
在将INA128被放置在信号路径中的系统，
1 LSB的K型热电偶就等于 1.03米℃。
注意，这几乎是一个提高40倍以上的系统
与
Σ
单独的转换器。这样做的有效分辨率
那么整个系统就 20.2位有效值但热电偶
情侣输出范围将密切配合INA128的全
量程输入范围。
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