揭開(kāi)Σ-ΔADC的神秘面紗

圖5 3線(xiàn)和4線(xiàn)RTD測量

　　MAX1402內部?jì)蓚€(gè)匹配的200μA電流源可用來(lái)補償3線(xiàn)或4線(xiàn)RTD配置中引線(xiàn)電阻造成的誤差。在3線(xiàn)配置中，兩個(gè)匹配的200μA電流源分別流過(guò)RL1和RL2，這樣，AIN1和AIN2端的差分電壓將不受引線(xiàn)電阻的影響。這種補償方法成立的前提是兩條引線(xiàn)材質(zhì)相同，并具有相同的長(cháng)度，還要求兩個(gè)電流源的溫度系數精確匹配 （MAX1402為5×10-6/℃）。4線(xiàn)配置中引線(xiàn)電阻將不會(huì )引入任何誤差，因為在連接到AIN1和AIN2的測量引線(xiàn)中基本上沒(méi)有電流流過(guò)。在此配置中，電流源OUT1被用來(lái)激勵RTD傳感器，電流源OUT2被用來(lái)產(chǎn)生參考電壓。在這種比例型配置中，RTD的溫漂誤差（由RTD激勵電流的溫漂引起）被參考電壓的漂移補償。

　　3. 智能4"20mA變送器

　　老式的4"20mA變送器采用一個(gè)現場(chǎng)安裝的敏感元件感測一些物理信息，例如壓力或溫度等，然后產(chǎn)生一個(gè)正比于待測物理量的電流，電流的變化范圍標準化為4"20mA。電流環(huán)具有很多優(yōu)點(diǎn)：測量信號對于噪聲不敏感；可以方便地進(jìn)行遠端供電。第二代4"20mA變送器在遠端進(jìn)行一些信號處理，通常采用微控制器和數據轉換器，如圖6所示。這種變送器首先將信號數字化，然后采用微控制器內置的算法進(jìn)行處理，對增益和零點(diǎn)進(jìn)行標準化，對傳感器進(jìn)行線(xiàn)性化，最后再將信號轉換到模擬域，作為一個(gè)標準電流通過(guò)環(huán)路傳送。第三代4"20mA變送器被稱(chēng)為"靈巧且智能"，實(shí)際上是在前述功能的基礎上增加了數字通信（和傳統的4"20mA信號共用同一條雙絞線(xiàn)）。利用通信信道可以傳送一些控制和診斷信號。MAX1402這樣的低功耗器件對于此類(lèi)應用非常適合，250μA的功耗可以為變送器中的其余電路節省出可觀(guān)的功率。智能變送器所采用的通信標準是Hart協(xié)議。這是一種基于Bell 202電信標準的通信協(xié)議，工作于頻移鍵控方式（FSK）。數字信號由兩種頻率組成：1200Hz和2200Hz，分別對應于數碼1和0。兩種頻率的正弦波疊加在直流模擬信號上，通過(guò)同一條電纜同時(shí)傳送。因為FSK信號的平均值總是零，因此4"20mA模擬信號不會(huì )受到影響。在不干擾模擬信號的前提下，數字通信信號具有每秒更新2"3個(gè)數據的響應速度。通信所需的最小環(huán)路阻抗是23Ω。

圖6 智能4"20mA變送器

　　小結

　　在高集成度調理系統出現之前，過(guò)程控制通常采用多個(gè)獨立的芯片實(shí)現信號調理和處理。Σ-Δ技術(shù)降低了這部分電路的成本、空間需求和功率需求（事實(shí)上多數應用只需要+3V/+5V單電源）。這種特性尤其適合于電池供電的便攜系統。元件數量的降低同時(shí)還改善了系統的可靠性。