RX23E-A24bitΔΣADC基础篇(3)应用实例及设计要点

原创 瑞萨MCU小百科 2024-04-18 12:02


前篇回顾


  1. ΔΣADC介绍

  2. 用于传感器测量的Δ∑ADC的特性



应用实例及设计要点


3.1 应变片/电阻电桥


1

将PGA增益设置为高增益,例如128倍

由于应变片/电阻电桥的灵敏度较低*1,请将PGA增益设置为128倍,以使输入参考噪声最小。

例如RX23E-A 24位ΔΣADC输入参考噪声

对于PGA=128 x @7.6SPS:0.029uVrms

对于PGA=16 x @7.6SPS:0.097uVrms

对于PGA=1 x @7.6SPS:0.601uVrms

2

将REF+和桥式传感器都连接到电源上

由于采用比例测量,ADC输出不会随着REF+电压的变化而变化。


3.2 3线RTD


1

使用IEXC的两个通道

使用IEXC的两个通道来消除接线电阻的影响*1

2

RBUF/使能

使能RBUF以降低输入偏置电流。

3

确保RBUF空间

通过使用RBUF从电源轨向内至少0.1V来确保RBUF余量。余量电阻器Rhr可以是通用电阻器。

4

确保外部参考输入为1V或以上。

由于外部参考输入的规格,需要保证1V或以上。

对于参考电阻Rref,请使用具有较低TCR(电阻温度系数,例如±5 ppm/℃)的高精度电阻。


3.3 4线RTD


1

使用IEXC

使用IEXC的一个通道

2

RBUF/使能

启用RBUF以降低输入偏置电流

3

确保RBUF空间

通过使用RBUF从电源轨向内至少0.1V来确保RBUF余量。余量电阻Rhr可以是通用电阻。

4

确保外部参考输入为1V或以上。

由于外部参考输入的规格,需要保证1V或以上。

对于参考电阻Rref,请使用具有较低TCR(例如±5 ppm/℃)的高精度电阻。


3.4 热电偶


1

使用VBIAS

使用VBIAS并向PGA提供输入公共电压VIC = AVCC/2 ≒ 2.5V,以在差分配置中使用 PGA。

2

使用VREF

使用内置VREF作为ΔΣADC的参考电压。

3

将PGA增益设置为高增益,例如128倍。

由于热电偶不太敏感,因此将PGA增益设置为128倍,以使输入参考噪声最小。

例如热电偶灵敏度

K热电偶:约40uV/℃

T热电偶:约40uV/℃


3.5 电流测量/分流电阻法


1

使用VREF

使用内置VREF作为ΔΣADC的参考电压。

2

确保PGA余量用于差分配置

尽管PGA可以轨到轨运行,但在电源轨内部至少使用0.1V,因为PGA特性在电源轨附近会恶化。余量电阻Rhr可以是通用电阻。

3

使用高精度电阻

对于参考电阻Rref,请使用满足精度要求的高精度电阻。

为了提高信噪比,增加参考电阻Rref比增加PGA增益更好。

例如4 ~ 20mA测量

(a) Rref = 56 Ω/PGA = 2 倍 ← (a) 信噪比更好

(b) Rref = 10 Ω/PGA = 8 倍


3.6 光电二极管单端配置

这里介绍光电二极管等输出微小电流的传感器的测量示例。


1

使用VREF

使用内置VREF作为ΔΣADC的参考电压。

2

具有低输入偏置电流的运算放大器

使用低输入偏置电流的CMOS输入型或JFET输入型运算放大器。

此外,希望使用噪声尽可能低的运算放大器。

3

相位补偿电容和反馈电阻

为了提高SN,最好增大反馈电阻Rf。

为了保证稳定性,请根据反馈电阻Rf的大小添加相位补偿电容Cf。


3.7光电二极管差分配置


差分和单端配置的设计点是相同的。


对前面内容进行总结:

首先介绍了ΔΣADC,由于ΔΣADC可以简化抗混叠滤波器,因此适合高精度测量低频信号,可以说ΔΣADC比逐次逼近电阻等奈奎斯特采样型ADC更适合传感器测量。然而,仅使用ΔΣ ADC并不能实现传感器测量。传感器测量需要多种模拟功能。因此,用于传感器测量的ΔΣADC集成了传感器测量所需的各种模拟功能,例如可编程增益放大器(PGA)、参考电压源(VREF)、激励电流源(IEXC)、参考缓冲器(RBUF)和偏置电压源(VBIAS),除了ΔΣADC之外,都集成到一个芯片中。该传感器电路集成在单个芯片中,只需最少的外部元件即可组装。ΔΣADC用于传感器测量的典型应用是应变计/电阻电桥、RTD和热电偶等。


接下来,让我们回归到RX23E-A的介绍中。


*1:当5V施加到120Ω应变片时,电流超过允许电流。


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下一章:RX23E-A


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