AD7794在高精度低功耗測量裝置中的應用

1 引言

　　現代電子測量中，對測量精度有著(zhù)越來(lái)越高的要求，同時(shí)，由于野外電池供電的原因，對整體電路的功耗也有著(zhù)高要求。比如，在差壓式流量測量／計量中，壓力傳感器給出的信號十分微弱，這對直流放大器和ADC電路提出了很高的要求。傳統的精密數據轉換和系統穩定性方案不能兼備低噪聲、低漂移和低功耗特性，往往不得不犧牲某些性能。AD7794針對工業(yè)測量領(lǐng)域的這種特殊而義普遍的需求，采用了一種結合斬波放大電路(抑制漂移)、乏一AADC(提高精度和抑制噪聲)和低功耗的復合結構，形成具有兼備上述優(yōu)秀性能的較為理想了專(zhuān)用器件。同時(shí)器件體積極小，便于在各種設備中使用。

　　本文根據作者在內錐式智能工業(yè)燃氣表的實(shí)際設計工作中的經(jīng)驗，總結出高精度A/D轉換芯片AD7794的特點(diǎn)，并描述其使用方法。

　　2 AD7794的功能及技術(shù)特性

　　AD7794提供了儀器儀表應用所要求的幾乎全部功能，因而減少了設計工作量并節省了許多外圍器件。AD7794具有功耗低和完全模擬輸入端子，可用在低頻信號的測量中。它克服了同類(lèi)產(chǎn)品中噪聲與功耗的局限性，能夠同時(shí)提供低噪聲和低功耗特性。該系列ADC采用2．7v～5．25 v單電源供電，其全功耗消耗電流僅400 μA，同時(shí)噪聲只有40 nVrms，從而使其適合要求低功耗和高精度測量的應用。它集成了六個(gè)差分傳感通道的24位ADC，使其非常適合要求較多通道的應用。這六個(gè)差分通道可兩兩組合成差分信號和差分參考輸入，能有效克服共模干擾。片上還有低噪聲、低溫漂的增益級儀用放大器電路，增益可以根據需要進(jìn)行設置。另外，片上還集成了增益可調的激勵電流源和用于溫度測量的偏置電壓發(fā)生器。該芯片可以使用內部時(shí)鐘，如果同步運行多個(gè)芯片時(shí)還可以使用外部時(shí)鐘。采樣率也是輸出數據的速率可以通過(guò)編程在4Hz到500Hz之間調節，在某些速率下如16．6 I-h條件下能夠提供同時(shí)抑制50 Hz和60Hz干擾信號的功能。

　　圖1給出了AD7794的簡(jiǎn)化結構，它屬于∑-△調制的模數轉換器，適用于窄帶與高分辨率的場(chǎng)合。AD7794的∑-△調制器將隨采樣的輸入信號轉換為數字脈沖串，其“1”的密度包括數字量信息。通過(guò)數字濾波和抽取后，輸出高分辨率低速率數據?！?△調制器還具有降噪的作用，因為高的采樣率將噪聲基底壓低，而濾波后大多數(高端頻譜部分)噪聲被濾除。調制器的階數越高，在有用帶寬內對噪聲抑制的作用就越明顯。但是，較高階調制器容易不穩定。因此，必須在調節器階數與穩定性之間進(jìn)行權衡。在窄帶∑-△模數轉換器中，通常使用二階或三階調節器，這樣器件就會(huì )具有良好的穩定性。

圖1 AD7794內部簡(jiǎn)化結構模塊圖

　　AD7794的低噪聲儀表放大器可以工作在斬波模式，斬波器是AD7794的一個(gè)內嵌部件，可以用于消除飄移造成的誤差。斬波器的工作原理就是在模數轉換器的輸入部件多路復用器的輸出處交替地倒相(或削波)。然后，對每次斬波的正和負信號區段進(jìn)行-_次模數轉換。接著(zhù)，用數字濾波器對這兩次轉換結果取平均。這樣，就消除了模數轉換器內出現的任何失調誤差，更重要的是，將溫度對失調漂移的影響降到最低。

　　3 AD7794的應用電路設計

　　圖2給出了AD7794的應用框圖。AD7794具有簡(jiǎn)化的同步串行接口，易于和微控制器MC相連。AD7794中串行接口、ADC、斬波式儀表放大器和多通道的結構形成了一種全ADC類(lèi)型――儀(表專(zhuān))用ADC。

圖2 AD7794一個(gè)通道典型應用