摘自：ZOGLAB
   一直以来,有很多朋友使用14X,13X,43X,44X这样内部带ADC12的片子来做12BIT的AD模数采集,还有一些用上了TI新出不久的SD16,(目前仅集成在FE42X,FW42X,F42X,F42X0上),当然,也有嫌12BIT精度太低的,用上了外部16/14/24BITADC的,本主题主要通过ZOGLAB所进行过的一些开发实例,浅要的谈谈在这些应用中
  1,模拟前端设计
  2,电源隔离及纹波处理,
  3,低功耗的硬件设计
  4,软件滤波
  5,精度校正
  6,可靠性分析
  7,相关产品的开发经验谈
　
关于模拟前端的设计

事实上,在一个AD采集系统里，最复杂和最难的是模拟前端---AFE,因为这个设计直接影响到后面的测量/分辨精度和采用的算法,可以这么说,模拟前端设计好,可以省很多CODE的时间去做软件滤波,实际上一些软件滤波不是提高精度,而是降低了AD采集的灵敏度,这些在我们做一些低速信号或者直流信号时基本感觉不到,在市电或者其他交变信号的采集时,这些尤为明显.

      建议,各位做高精ADC采集的时候,尽可能将信号过运放处理,因为这样可以避免MSP430ADC12/SD16采集的输入阻抗误差,因为ADC12不是运放输入,SD16的运放输入要求阻抗>2M,很多应变桥可能输出阻抗只有几10K,阻抗不匹配造成最大的问题就是采样精度受温度,电压等影响大,最坏的可能性就是与真实信号误差大

      下面将就RTD温度测量和电阻应变桥测量做个简单的分析(下述电路如果要提高精度和PSRR(电源抑止比),可采用差分输入方式)

下图为使用PT100温度传感器的典型恒流--->电压输出--->AD采集电路

如上图所述

温度检测器为PT100,其在0摄氏度时的电阻为100欧,一些精密的RTD用3线或者4线制,其目的就是为了减少RTD引线上的电阻影响精度,这个线路电阻就是图中的RW.
         目前一些热表和温度检测设备使用PT100或者PT1000来测量,最简单的办法就是用这样的电路来构件一个模拟前端.当然,也有用RC时间参数来做DELTA-SIGMA ADC的,那种办法的时间越长精度越高,但是要求时钟基准比较稳定.(一些F41X的热表应用上常用的测温就用这个办法.)

        在上述电路中,比较关键的是基准电压和运放的选择,在这里要强调的一点,很多朋友往往认为基准电压的精度越高越好,当然,这个是无可厚非的,但是在成本要求相对较高的情况下,我们需要的是-----基准电压的温度线性要好.因为在电路里,供电电压波动的情况有,但是一般我们都给出了超过基准电压足够范围的电压,以保证基准能稳定输出.但是一个很常见的问题就是温度漂移,有可能来自设备本身---因为工作时间长了PCB要升温;也有可能来自外部---因为有些地方夏季和冬季的温度偏差有时可以到90摄氏度以上(-30C--60C),这样的条件势必对基准要求更高了

      下面我们按性价比依次列了下,TI出品的LM285,TLV431,REF30XX都是不错的选择,主要是TI的基准相对来说功耗小，温度漂移相对也小,本人用的最满意的是TI的LM285-1.2,基本上在-15~75C的大范围内,基准输出电压变化小于1MV,REF30XX的电压精度是0.2%,温度漂移50PPM,适合12位以上精度采集的要求,它的价格相对较高了.目前TI还推出了REF31XX,32XX,32系列的已经可以作到4PPM.这个基本上可以和ADI公司的高精度基准媲美了

        说完基准,我们要谈谈运放,运算放大器在模拟前端里相对来说是最重要的器件了.要根据电路特点,选择是否带零漂校准的,是否低嘈声的,是否满足带宽,是否R2R--轨对轨等等.

         在温度检测的这个电路里,目前我们可以看到的是用了一个MICROCHIP公司的MCP运放,功耗相对比较低,实际上在这个系统里,我们还可以考虑用TLV系列的产品,比如TLV2254,同样也是一个4运放,嘈声更小.在类似的电路里,我们对带宽的要求相对较少,基本都是DC信号,但是另一个概念--R2R,轨对轨,就是说,要求运放输出的电压能到其供电电压,具有这个功能的运放就适合做满幅测量,不象老运放要正负电压,还不能输出等于VCC的电压.

        关于运放的重要性和选择,我们在下一个跟贴上继续,下面主要介绍下电阻应变桥的ADC模拟前端,这部分相对要求的都是12BIT/16BIT/24BIT的精度，因此对运放的要求更高了,还要考虑零点漂移

一个恒流驱动的电阻应变桥

上述是一个恒压驱动下的电阻应变桥,实际上这是一个硅压电阻应变桥,是目前小体积压力测量上精度不错的一种传感器;下图是其同一系列中恒流驱动器件的典型电路.

        在这两个电路中,最主要的就是要求所有的运放都是低嘈声的.因为此类应变桥传感器输出都是在MV级的信号,测量分辨率有时要达到UV级别.因此,抑制运放的嘈声以及电源的嘈声都非常重要.此外,注意一下,在图中的A3.实际上这个电路就是用做零点漂移的调节.这里提下,什么是零点漂移,实际就和我们使用指针万用表一样,有时电池的电压变了,测量欧姆档的时候要调零,因为有些外部因数导致传感器输出有零点漂移,也就是说可能受时间影响或者电气特性发生变化后,通过电路调节其输出.

一个硅压传感器的实物