整合SAR轉(zhuǎn)換器 ADC簡化信號調(diào)節(jié)路徑

一般而言，設(shè)計(jì)人員會在較低頻率的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)連續(xù)近似暫存器（SAR）及ΔΣ類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器（ADC）。這些應(yīng)用的訊號鏈通常是從產(chǎn)生低輸出電壓或電流訊號的感測器開始。這些訊號須要先放大和濾波，才能予以數(shù)位化。從中可看出，SAR及ΔΣ轉(zhuǎn)換器訊號路徑以極為不同的方式調(diào)節(jié)低感測器訊號。本文將解說多種代表性感測器的訊號特性以及各個轉(zhuǎn)換器類型的訊號鏈元件。對于訊號特性，本文中將探討對于各個轉(zhuǎn)換器類型的應(yīng)用需求以及這些轉(zhuǎn)換器適用的情況。

感測器電氣特性分析

感測器應(yīng)用的訊號鏈?zhǔn)菑母袦y器開始。圖1顯示回應(yīng)環(huán)境并將測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電子訊號的幾種感測器。

圖1 用于SAR及ΔΣADC訊號調(diào)節(jié)電路的感測器

電阻溫度裝置（RTD）及電熱調(diào)節(jié)器的模擬符號是電阻。RTD阻抗相對較?。ㄒ话阍?℃下為100Ohms），并且在0.00385Ohms/Ohm/℃下呈線性變化（白金RTD），且能夠感測-200℃800℃之間的溫度，使用者必須注意RTD阻抗在攝氏每度的微小變化。RTD元件適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)電流來源是？1毫安培（mA）。在阻抗轉(zhuǎn)換為電壓之后，RTD訊號將須要進(jìn)一步放大。

對于-100℃175℃之間的溫度，負(fù)溫度系數(shù)（NTC）電熱調(diào)節(jié)器（感熱電阻）會產(chǎn)生較高的非線性阻抗。25℃下一般的電熱調(diào)節(jié)器阻抗是10kOhm。建立電源供應(yīng)的簡單分壓器，就能夠產(chǎn)生可測量的熱調(diào)節(jié)器電壓。

溫差電耦的結(jié)構(gòu)使用兩種不同的金屬，例如鉻和銅鎳合金（E類）或鎳鉻和鎳硅（N類），兩種不同的金屬以焊珠相接于電線的一端。焊珠顯露于散熱環(huán)境可造成焊珠與溫差電耦電線另一端之間的溫差。在這個環(huán)境中，兩條電線之間將出現(xiàn)電動勢（EMF）電壓。EMF電壓可涵蓋溫度范圍的數(shù)十毫伏特區(qū)域。不過，ΔEMF電壓在攝氏一度變化下也達(dá)到數(shù)十毫伏特。溫差電耦也需要訊號路徑的訊號增益，才能進(jìn)行數(shù)位化。

工程人員都使用電阻橋接電路模擬壓力及負(fù)載感測器。正壓力或負(fù)載施加于四元件橋接時，兩個相對元件將壓縮回應(yīng)，另兩個則變成拉張狀態(tài)。設(shè)計(jì)人員可將電壓或電流激發(fā)來源施加于此電阻橋接的高位。雖然激發(fā)的程度會影響感測器輸出的動態(tài)範(fàn)圍，但是VOUT+與VOUT–之間的最大差一般介于數(shù)十至數(shù)百毫伏特之間。

光電二極體與相關(guān)前置放大器是基本光學(xué)活動與電子產(chǎn)品之間的連結(jié)。光感測電路用于電腦斷層（CT）掃描器、血液分析儀、煙霧感測器、位置感測器、紅外線高溫計(jì)及層析儀等系統(tǒng)中。在這些電路中，光電二極體會產(chǎn)生奈安培至微安培程度的小電流，這個電流隨著照度而呈等比變化。前置放大器可將光電二極體感測器的電流輸出訊號轉(zhuǎn)換為可用的電壓程度。

以上所述的所有感測器都須要激發(fā)來源及訊號調(diào)節(jié)電路，才能在訊號路徑的末端將小訊號轉(zhuǎn)換為類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器可用的電壓程度。以下將說明SAR類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器及ΔΣ類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的一般訊號鏈。

SAR-ADC訊號路徑

從感測器到微控制器（MCU）或微處理器（MPU）的SAR轉(zhuǎn)換器訊號鏈，包含訊號調(diào)節(jié)級、類比增益級、抗混疊濾波器（AAF）、SAR驅(qū)動器放大器以及SAR轉(zhuǎn)換器（圖2）。

圖2 SAR-ADC訊號路徑--偏壓感測器訊號經(jīng)過放大及濾波，提供SAR轉(zhuǎn)換器適當(dāng)?shù)妮斎胗嵦枴?/P>