AD7794在高精度低功耗測量裝置中的應用

　　其中，MSP430F1611是一款超低功耗混合信號處理器，共有一種活動(dòng)模式(AM)和五種低功耗模式(LPM0～LPM4)。在待機方式下，其耗電為0．7uA；在節電方式下，最低可達0．1uA。AD7794與MSP430F1611的連接十分靈活。下面霞點(diǎn)描述典型的傳感器及調理電路的設計，如圖3所示。其中AD7794有三套(參考電壓和被測電壓)六路差分輸入端，該電路可任選一套接入。

圖3 AD7794輸入電路設計

整個(gè)電路主要由傳感器電橋與信號調理電路組成，傳感器以差分方式輸m信號，即通過(guò)輸出正和輸出負兩端的電壓差值來(lái)表示。當被測非電鼉發(fā)生變化時(shí)，會(huì )引起傳感器的電阻值發(fā)生變化，而此變化會(huì )線(xiàn)性的反應在R7和R9左端的電位差(電壓)上，通過(guò)采集這個(gè)電位的差值信號就可以計算被測量及其變化。模擬的傳感器信號通過(guò)AD7794一AIN+和AD7794_AIN一差分端口送到AD7794進(jìn)行數模轉換。在實(shí)際使用的過(guò)程中，有可能輸入的模擬信號電J丘受到干擾而有較大范圍的波動(dòng)，如果直接將傳感器上的信號接入到AD，則在極端情況下，如瞬態(tài)靜電高壓，就有可能造成對AD7794永久性的損壞。因此，電路中采用二極管D1、D2、D3和D4使輸入信號被鉗制在一個(gè)安全的范圍之內，從而起到過(guò)壓(包括正和負)保護的作用。電阻R7、R8、R9和R10作為限流電阻使用(其阻值對于信號而言幾乎沒(méi)有影響)，進(jìn)一步保護了后級電路。cl和C2能有效地濾除進(jìn)入電路的射頻干擾，對靠近電臺的地區使用特別有效。

　　AD7794的參考電壓可取自?xún)炔?，也可取A于外部。但是當測量外部電橋信號時(shí)，使用外部參考電壓比較有效，所以在本電路中使用了外部參考。當使用AD7794在測量微小信號的時(shí)候．就會(huì )用到片內低噪聲儀表放大器，這樣可以有效地降低外部噪聲的干擾，比如說(shuō)，當內部放大器的增益為64時(shí)，所引入的噪聲典型有效值只有40nV。但是當運放的增益大于等于4的時(shí)候，其共模電壓不能夠太低，否則會(huì )使運放的特性變壞。根據需要，當AD7794工作與斬波模式時(shí)，輸入共模電壓((AD7794 )+( 一))必須大于． ，這樣才_AIN+ AD7794 AIN ／2 0 5V能保證輸入信號的動(dòng)態(tài)范隔；并且，當使用內部放大器時(shí)，如果所使用的外部參考電壓VREF接近模擬電源AVDD時(shí)，則實(shí)際輸入的模擬信號值不能超過(guò)(Vr。lgain)的90％，否則AD在輸入信號的高低兩端的線(xiàn)性度會(huì )變差。為了很好的解決這個(gè)問(wèn)題，在本電路中使用了R6和R12，這樣可以使AD7794的參考電壓AD7794．REF+和AD7794 REF一不至于接近模擬電源的極限電壓。整個(gè)電路采用橋式輸入，這樣，在外接電源在小范圍內有波動(dòng)的時(shí)候，可以保證實(shí)際加入到放大器的差值電壓和輸入的參考電壓不受外界的影響。

　　AD7794采用偏移二進(jìn)制編碼，當使用單極性信號時(shí)(Ain+ - Ain > 0)，其輸入電壓與輸出數據的關(guān)系為：

　　這個(gè)D直接代表了被測量。這里，G為總增益。(REF+ - REF-)為差分參考電壓，(Ain+ - Ain-)為輸入差壓信號。

　　而當使用雙極性信號時(shí)(REF>Ain+ - Ain>0如或0>Ain+ - Ain>-REF，輸出特性變?yōu)椋?p>

　　要用外部參考電壓時(shí)，由于R5、R7、R11可以忽略，因此有：

　　在理想傳感器中，

R為測量電橋的總電阻，也即橋臂電阻，靜態(tài)時(shí)R1=R2=R3=R4=R，為測量時(shí)的每臂電阻變化量?？梢?jiàn)，使用外部參考電壓(同時(shí)做為傳感器電壓激勵)時(shí)，ADC輸出數據與傳感器變化，即與被測量直接相關(guān)，與參考電壓的實(shí)際值無(wú)關(guān)!這就對參考電，愛(ài)的穩定性要求大大降低了。當然，參考電瓜要符合ADC的量值要求，并且，在一次測量(轉換)中仍然要求不變(短期穩定即可)。