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、具有足够的温度分辨率、保证在 ADC 的测量范围之内。

使最大 Vt 电压接近于最大压力信号有利于采用相同的 ADC 和内部增益来测量温度和压力。本例中的最大输入电压为+204mV。考虑到电阻的误差,最高温度信号电压可保守地选择为+180mV。将 Rt 上的电压限制到+180mV 也有利于避免 Rt 的自加热问题。一旦最大电压选定,根据在 85°C (Rt = 132.8Ω),VB = 5.25V 的条件下产生该最大电压可以计算得到 R1。R1 的值可通过式 3 进行计算,式中的 Vtmax 是 RT 上所允许的最大压降。温度分辨率等于 ADC 的电压分辨率除以 Vt 的温度敏感度。式 4 给出了温度分辨率的计算方法。(注意:本例采用的是计算出的最小电压分辨率,是一种较为保守的设计。你也可以使用实际的 ADC 无噪声分辨。)

R1 = Rt × (VB/Vtmax - 1) (式 3)

R1 = 132.8Ω × (5.25V/0.18V - 1) ≈ 3.7kΩ

TRES = VRES × (R1 + Rt)²/(VB × R1 × ΔRt/°C) (式 4)

这里,TRES 是 ADC 所能分辨的摄氏温度测量分辨率。

TRES = 30µV/count × (3700Ω + 132.8Ω)²/(4.75V Ω 3700Ω × 0.38Ω/°C) ≈ 0.07°C/count

0.07°C 的温度分辨率足以满足大多数应用的要求。但是,如果需要更高的分辨率,有以下几个选择:使用一个更高分辨率的 ADC;将 RTD 换成热敏电阻;或将 RTD 用于电桥,以便在 ADC 中能够使用更高的增益。

注意,要得到有用的温度结果,软件必须对供电电压的变化进行补偿。另外一种代替方法是将 R1 连接到 VREF,而不是 VB。这样可使 Vt 不依赖于 VB,但也增加了参考电压的负载。

优化的电压驱动

硅应变计和 ADC 的一些特性允许图 1 电路进一步简化。从式 1 可以看出,电桥输出与供电电压(VB)直接成正比。具有这种特性的传感器称为比例传感器。式 5 为适用于所有具有温度相关误差的比例传感器的通用表达式。在式 1 中,将 VB 右边的所有部分用通用表达式 f(p,t)代替便是式 5。这里,p 是被测物理量的强度,而 t 则为温度。

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