測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員，如溫度補(bǔ)償電子秤和RTD儀器，可以通過(guò)新的單芯片A / D轉(zhuǎn)換器/模擬前端更有效地完成任務(wù)。 AD7719具有sigma-delta轉(zhuǎn)換器固有的高分辨率;對(duì)于增強(qiáng)的吞吐量，它包含兩個(gè)ADC（24位和16位分辨率），允許同時(shí)并行轉(zhuǎn)換兩個(gè)輸入變量，而沒(méi)有模擬多路復(fù)用方案中固有的延遲。它采用信號(hào)斬波方法，提供穩(wěn)定增益和最小偏移的信號(hào)調(diào)理，并配有內(nèi)置校準(zhǔn)功能，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。它方便地包括一對(duì)匹配的電流源，以便在使用電阻傳感器時(shí)簡(jiǎn)化傳感器激勵(lì)并提高測(cè)量精度。其他有用的功能包括可以關(guān)閉的電路和可以在不使用轉(zhuǎn)換器或傳感器電源時(shí)用于節(jié)省電力的低側(cè)開(kāi)關(guān)，以及用于監(jiān)視和控制外部設(shè)備的數(shù)字I / O端口。

AD7719是用于低頻測(cè)量應(yīng)用的完整模擬前端，是ADI公司高分辨率，低帶寬，Σ-Δ轉(zhuǎn)換器系列的最新成員。它建立在從稱(chēng)重秤到便攜式儀表，壓力，溫度和傳感器測(cè)量，智能變送器，液/氣相色譜和工業(yè)過(guò)程控制等應(yīng)用中使用前幾代Σ-Δ轉(zhuǎn)換器所獲得的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。上述增強(qiáng)功能（見(jiàn)圖1）解決了在設(shè)計(jì)此類(lèi)高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的許多問(wèn)題。

AD7719包含兩個(gè)獨(dú)立的高分辨率Σ-ΔADC。每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換由具有可編程sinc 3 濾波器的二階sigma-delta調(diào)制器完成。此外，它還提供可切換匹配的200μA激勵(lì)電流源，低端電源開(kāi)關(guān)，數(shù)字I / O端口和溫度傳感器。 24位主通道具有可編程增益放大器（PGA），增益范圍為1至128，可接受全差分，單極和雙極輸入信號(hào)，范圍高達(dá)1.024×REFIN1伏。參考輸入是差分輸入，可以提供比率轉(zhuǎn)換。主模擬輸入通道可以?xún)?nèi)部緩沖，以提供非常高的輸入阻抗;這允許輸入信號(hào)直接從換能器施加，而無(wú)需外部信號(hào)調(diào)節(jié)。 16位輔助通道無(wú)緩沖，輸入信號(hào)范圍為REFIN2或半個(gè)REFIN2。

該器件采用32,768 Hz（32K）晶振工作，板載PLL可產(chǎn)生所有必需的內(nèi)部工作頻率。 AD7719的輸出數(shù)據(jù)速率是軟件可編程的。這允許將數(shù)字濾波器凹口放置在用戶(hù)定義的頻率上。例如，編程更新速率為19.8 Hz，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)50和60 Hz的抑制陷波。

峰峰值分辨率取決于編程增益和輸出數(shù)據(jù)速率。該器件采用+ 3 V或+ 5 V單電源供電。采用+ 3 V電源供電時(shí)，兩個(gè)ADC連續(xù)使用時(shí)功耗為4.5 mW。通過(guò)在適當(dāng)時(shí)禁用一個(gè)或兩個(gè)ADC，可以減少耗散。 AD7719采用節(jié)省空間的28引腳SOIC和TSSOP封裝。

信號(hào)處理鏈

ADC采用sigma-delta轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)高達(dá)24位的無(wú)噪聲-missing-codes性能。 Σ-Δ調(diào)制器將采樣的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖序列，其占空比包含數(shù)字信息。然后，Sinc 3 可編程低通濾波器抽取調(diào)制器輸出數(shù)據(jù)流，以5.35 Hz（186.77 ms周期）至105.03 Hz（9.52 ms）的可編程輸出速率提供有效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。采用斬波方案來(lái)最小化ADC通道偏移，增益和漂移誤差。主ADC輸入通道的框圖如圖2所示。輔助ADC的信號(hào)鏈類(lèi)似于圖2，但省略了緩沖區(qū)和PGA模塊。

調(diào)制器環(huán)路的采樣頻率比輸入信號(hào)的帶寬（過(guò)采樣）高許多倍。調(diào)制器中的積分器對(duì)量化噪聲（由模數(shù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生）進(jìn)行整形，使噪聲集中在調(diào)制器頻率的一半附近。 Σ-Δ調(diào)制器的輸出直接饋入數(shù)字濾波器，該濾波器將響應(yīng)限制到顯著低于調(diào)制器頻率一半的頻率。以這種方式，比較器的1位輸出轉(zhuǎn)換為ADC的帶限低噪聲輸出。濾波器的截止頻率和抽取的輸出數(shù)據(jù)速率可通過(guò)加載到濾波器寄存器的sinc濾波器（SF）控制字進(jìn)行編程。

輸入斬波產(chǎn)生的交替數(shù)字輸出值在最終中求和求和階段以平均直流偏移和低頻噪聲。濾波器的每個(gè)輸出字被求和并與前一個(gè)濾波器輸出求平均，以產(chǎn)生一個(gè)新的有效輸出結(jié)果，寫(xiě)入ADC數(shù)據(jù)寄存器。由此產(chǎn)生的極低直流偏移和偏移和增益漂移規(guī)范在漂移，噪聲抑制和最佳EMI抑制非常重要的應(yīng)用中非常有用。

除了降低量化噪聲外，數(shù)字濾波器還可以對(duì)于相應(yīng)的濾波器控制字設(shè)置82和68，在50和60 Hz（±1 Hz）下提供100 dB的正常模式抑制。對(duì)于要求在50和60 Hz下都有大量抑制的應(yīng)用，濾波器在默認(rèn)編程設(shè)置下的響應(yīng)69（數(shù)據(jù)更新率為19.8 Hz）的頻率接近兩個(gè)頻率，60 Hz時(shí)抑制> 100 dB，50 Hz時(shí)> 60 dB，如圖3所示。

典型應(yīng)用

AD7719提供完整的模擬前端，可使用溫度，壓力和其他傳感器實(shí)現(xiàn)低頻測(cè)量。例如，在稱(chēng)重應(yīng)用中，除橋接傳感器的主要變量外，可能還需要監(jiān)測(cè)次級(jí)變量（如溫度），以補(bǔ)償橋梁屬性隨溫度的變化。

傳統(tǒng)的sigma delta ADC在前端使用帶有集成多路復(fù)用器的單個(gè)轉(zhuǎn)換器來(lái)測(cè)量多個(gè)輸入變量。這意味著最終用戶(hù)必須切換前端的通道來(lái)測(cè)量次級(jí)變量;因此，當(dāng)切換輸入源時(shí)，測(cè)量速度受到與數(shù)字濾波器相關(guān)的穩(wěn)定時(shí)間和等待時(shí)間的影響。在sigma delta ADC使用二階調(diào)制器和三階數(shù)字濾波器的系統(tǒng)中，步進(jìn)輸入的輸出建立時(shí)間是數(shù)據(jù)速率的三倍，以便完全刷新與之前相關(guān)的所有數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波器。渠道。這可以大大降低這些應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)吞吐量。

AD7719通過(guò)并入兩個(gè)獨(dú)立的ADC通道來(lái)克服這一問(wèn)題。主要變量和次要變量同時(shí)轉(zhuǎn)換，并且兩個(gè)測(cè)量的輸出數(shù)據(jù)可并行獲得，從而避免了與多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相關(guān)的延遲。此外，片上電流源可用于激勵(lì)溫度傳感器，如熱敏電阻或RTD，用于溫度監(jiān)測(cè)。

低功率電池供電稱(chēng)重系統(tǒng)中第二個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是在待機(jī)模式下前端傳感器不必要的電力消耗。 AD7719的片上低側(cè)電源開(kāi)關(guān)可以通過(guò)在低功耗模式下斷開(kāi)傳感器的電源來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，從而大幅節(jié)省功耗。

稱(chēng)重應(yīng)用的另一個(gè)問(wèn)題涉及校準(zhǔn)：它應(yīng)該多久發(fā)生一次？由于AD7719經(jīng)過(guò)工廠校準(zhǔn)，信號(hào)鏈在其實(shí)現(xiàn)中采用斬波方案，因此增益和失調(diào)漂移降至最低，從而無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)AD7719用于稱(chēng)重應(yīng)用時(shí)，這是一個(gè)關(guān)鍵的性能優(yōu)勢(shì)（圖4）。

在圖4的電路中，主通道監(jiān)控橋式傳感器，次級(jí)通道監(jiān)控溫度熱敏電阻的意思。橋式傳感器的差分輸出端子（OUT +和OUT-）連接到差分輸入端子AIN1和AIN2。當(dāng)使用5 V激勵(lì)源激勵(lì)時(shí)，靈敏度為3 mV / V的典型電橋?qū)a(chǎn)生15 mV的額定滿(mǎn)量程輸出。電橋的激勵(lì)電壓可用于通過(guò)合適的電阻分壓器直接為ADC提供參考電壓，以便利用輸入的全動(dòng)態(tài)范圍。由于該實(shí)施方式是完全比例的，因此激勵(lì)電壓的變化不會(huì)在系統(tǒng)中引入誤差。如圖所示，電阻值的選擇，20kΩ和12kΩ，當(dāng)激勵(lì)電壓為5 V時(shí)，為AD7719提供1.875 V基準(zhǔn)電壓。主通道編程增益為128，滿(mǎn)量程15 mV輸入范圍對(duì)應(yīng)于傳感器的全輸出范圍。稱(chēng)重應(yīng)用的關(guān)鍵要求是盡可能地抑制交流電源頻率分量（50 Hz和60 Hz）。通過(guò)對(duì)AD7719進(jìn)行編程，可以獲得同時(shí)50 Hz和60 Hz的抑制，輸出數(shù)據(jù)速率為19.8 Hz。 AD7719配置增益為128，更新速率為19.8 Hz，可實(shí)現(xiàn)13位峰峰值分辨率。通過(guò)降低更新速率或在控制器中執(zhí)行額外的數(shù)字濾波，可以提高峰峰值分辨率。

使用熱敏電阻和AD7719的輔助通道測(cè)量溫度。由半導(dǎo)體材料形成的熱敏電阻，高溫系數(shù)電路元件可具有負(fù)溫度系數(shù)或正溫度系數(shù)（NTC或PTC）。 NTC熱敏電阻的作用類(lèi)似于電阻器，其溫度系數(shù)通常為-3％至-5％/°C。在許多應(yīng)用中，熱敏電阻具有高穩(wěn)定性，高精度，小尺寸和兼容性的優(yōu)點(diǎn)，并且具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。它們響應(yīng)速度快，是最靈敏的溫度傳感器之一。圖4電路的工作溫度范圍由熱敏電阻的選擇決定。使用Betatherm的1K7A1熱敏電阻，標(biāo)稱(chēng)電阻為1kΩ，溫度為25°C，采用200μA激勵(lì)電流源，工作溫度范圍為-26°C至+ 70°C。

在此應(yīng)用中，激勵(lì)熱敏電阻的相同200μA電流源也會(huì)為AD7719產(chǎn)生參考電壓。結(jié)果，激勵(lì)電流的變化不會(huì)影響性能，并且配置提供完全的比例轉(zhuǎn)換。這些應(yīng)用中最常見(jiàn)的布線布置是4線力/感應(yīng)配置，以減少引線電阻對(duì)系統(tǒng)性能的影響。盡管驅(qū)動(dòng)線的引線電阻會(huì)改變共模電壓，但它不會(huì)降低電路的性能。感應(yīng)線的引線電阻并不重要，因?yàn)锳D7719模擬輸入的高輸入阻抗導(dǎo)致這些線中沒(méi)有電流流過(guò)。但是，參考設(shè)置電阻必須具有低溫度系數(shù)，以避免溫度變化時(shí)參考電壓出錯(cuò)。在AD7719上配置輔助通道，可獲得19.8Hz的更新速率，可獲得16位峰峰值性能。

另一個(gè)充分利用AD7719上匹配電流源的應(yīng)用3線RTD用于精密溫度測(cè)量，如圖5所示*在三線配置中，如果使用單個(gè)電流源，引線電阻會(huì)導(dǎo)致誤差，如200-μA激勵(lì)電流，流過(guò)RL1和RL3會(huì)在RL1上產(chǎn)生電壓降，這會(huì)增加RTD電壓并導(dǎo)致AIN1和AIN2之間出現(xiàn)誤差。

然而，在圖5所示的方案中，第二電流源用于通過(guò)提供相等且相反的補(bǔ)償電流IOUT2至RL2來(lái)消除該誤差，RL2在相反方向上產(chǎn)生相等的電壓降。該電流增加到IOUT1并通過(guò)R3和任何共模電阻無(wú)害地流到地，產(chǎn)生共模電壓，被差分輸入抑制。

該分析假設(shè)RL1并且RL2是相等的，因?yàn)橐€通常具有相同的材料并且具有相等的長(zhǎng)度，并且由電流之和產(chǎn)生的共模電壓在ADC的共模范圍內(nèi)。來(lái)自IOUT1的電流還用于為AD7719產(chǎn)生一個(gè)參考電壓，跨越12.5kΩ電阻，如圖所示，并應(yīng)用于AD7719的差分參考輸入。該方案確保模擬輸入電壓范圍保持與參考電壓成比例。由于RTD電流源的溫度漂移，模擬輸入電壓的任何誤差都可以通過(guò)參考電壓的變化來(lái)補(bǔ)償。兩個(gè)RTD電流源通常匹配優(yōu)于1％。任一電流源的電壓兼容性為AV DD - 0.6 V。