图 5. 此电路采用电流驱动传感器,但无需电流源和电压参考

从 7 出发,将其中的 VB 用 IB × RB 来代换,即可得到图 4 电路中的 ADC 输出方程。可得到公式 9,其中,RB 是电桥的输入电阻,IB 是流经电桥的电流。

D = (IB × RB/VREF) × ƒ(p,t) × FS × K (式 9)

图 5 电路能够提供与图 4 电路相同的性能,而不需要电流源或电压参考。这可以通过比较两个电路的输出来说明。图 5 中的 ADC 输出可由式 7 出发得到,将其中的 VB 和 VREF 替代为相应的表达式即可。结果如式 10:

重复式 7: D = (VB/VREF) × f(p,t) × FS × K

对于图 5 电路: VB = VDD × RB/(R1 + RB)

和 VREF = VDD × R1/(R1 + RB)

将它们代入等式 7 可得到式 10:

D = (RB/R1) × ƒ(p,t) × FS × K (式 10)

如果选择 R1 等于 VREF/IB,那么式 9 和式 10 是完全相同的,这就表明,图 5 电路也会得出和图 4 电路相同的结果。为了得到相同的结果,R1 必须等于 VREF/IB,但这不是温度补偿所要求的。只要 RB 乘以一个温度无关的常数,就可以实现温度补偿。R1 可选择最适合于系统要求的电阻值。

当使用图 5 电路时,要记住 ADC 的参考电压随温度变化。这使得 ADC 不适合用来监测其它系统电压。事实上,如果需要进行温度敏感测量来实现额外的补偿,可以使用一个额外的 ADC 通道来测量供电电压。还有,在使用图 5 电路时,必须注意要确保 VREF 位于 ADC 的规定范围之内。

结论

硅压阻式应变计比较高的输出幅度使其可以直接和低成本、高分辨率Σ-Δ ADC 接口。这样避免了放大和电平移位电路带来的成本和误差。另外,这种应变计的热特性和 ADC 的比例特性可被用来显著降低高精度电路的复杂程度。

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