NOTA DE SOLICITUD 4539
Precisa calibración de ADC de doble rampa
Resumen: Este circuito calibra ADC sobre la marcha, con los conmutadores analógicos para configurar la configuración adecuada para obtener el cero y los códigos de salida.
Una versión similar de este artículo apareció en el 31 de diciembre de 2007 en EE Times revista.
Los dispositivos de mano para medir gases tóxicos, la glucosa en sangre, etc son cada vez más popular, y su bajo costo les ha hecho los dispositivos desechables, que se descartan cuando la batería o el sensor de la expiración. Los accesorios típicos incluyen una de litio (Li) de células primarias, un sensor, un convertidor A / D (ADC), el trazado de circuito acondicionado, una unidad de microcontroladores (MCU), y una pantalla LCD . Para minimizar el costo, a menudo se emplea el diseño simple LED indicadores, un costo de 8 pines MCU bajo, y un ADC de doble rampa discreta. En esta nota se explica el uso de "compensar mover de un tirón" para-el-mosca en la calibración de la ADC.
Un diagrama de bloques del circuito ( Figura 1 ) incluye una sola célula primaria de Li, un sensor de salida del puente-milivoltios, undiferencial del amplificador , y el ADC de doble rampa, además de circuitos de corrección para compensar, cero y span. valores de los componentes se seleccionan en el supuesto de que la batería de Li-célula tensión va desde 2.2V a 3.6V. Debido a que la tensión sirve como sesgo para el puente y también como referencia para el ADC, la entrada del ADC y de su escala máxima potencia (intervalo) se mueven juntos a la tensión de cambios en las células. Esta configuración minimiza el error radiométrico y elimina la necesidad de una referencia del voltaje de precisión.
Figura 1. Diagrama de bloques del circuito de calibración de la pendiente-ADC.
El sensor (S1) produce 20mV / V en la escala completa ( Figura 2 ). Para una celda de 3,6 V Li, por lo tanto, la salida es 20mV / V x 3,6 V = 72mV. El doble amplificador operacional (U2, MAX4242 ) dibuja sólo 18μA de reposo actual por amplificador. Sus salidas del oscilación del Carril-a-carril, y manejar hasta 1.8V. Modo U2A se configura como un amplificador diferencial estándar con una ganancia de 30. Funcionamiento con una pila de litio de 3,6 V, logra una escala total de salida de 2.160V. (Tenga en cuenta que la red de resistencia en torno a un amplificador diferencial de las cargas de la entrada de la señal fuente (sensor), por lo que el sensor debe tener una salida de baja impedancia . Si no, usted debe amortiguar el sensor con un amplificador de instrumentación o equivalente).
Figura 2. Este circuito (representado en la figura 1) produce lecturas offset y span, que se almacena y se utiliza para en la marcha de las calibraciones de un ADC de doble rampa.
Los divisores resistencia de precisión (RN1, RN2, RN3 y, todos los MAX5490C ) están disponibles con una precisión de 0,035% a 0,1% (0,1% fue seleccionado para este diseño), y con relaciones de divisor que presentan una muy baja temperatura de coeficiente. El diferencial de salida del amplificador resultante es:
V UATE = V REF + R B / I A [(V -INA - V -S1 )] - R C / D D [(V + INA - V S1 + )]
Cuando
V -INA es la entrada negativa del amplificador de modo U2A
V + INA es la entrada positiva del amplificador de modo U2A
V -S1 y V S1 + son las salidas de los sensores
Puesto que R B / I A R = C / R D = 30, la ecuación se simplifica a:
V UATE = V REF + 30 [(V S1 + - V -S1 )]
divisor de RN3 precisión está conectado entre V Li y tierra (GND) para generar la tensión de offset (V REF ). R E = 30R F . Tenga en cuenta que puede alterar la magnitud de V REF (de V Li / 31 a 30V Li / 31) alternando el U1X interruptores y U1Y, que intercambia las conexiones divisor a V Li y GND. Para V Li = 3,6 V, V REF es:
V REF = [R F / (31R F )] (V Li ) = V Li / 31 = 0.116V
Esto simplifica la tensión de offset de calibración, asegurando que la salida de modo U2A sigue siendo positiva en V Li / 31. V REF es amortiguada por U2B para eliminar los efectos de la carga RN2. Por lo tanto, tenemos una milivoltios sensor amplificado por un amplificador diferencial con una ganancia de 30 y la compensación cero de V Li / 31. Ahora, para calibrar el ADC: U1Z Sección del tripleSPDT interruptor ( MAX4783 ) se utiliza para salidas de los sensores de corto V S1 + y V S1- juntos. Su baja impedancia (1.2Ω máximo) es insignificante en comparación con la del puente del sensor (300Ω a 500Ω). De lo contrario, la red de resistencias del amplificador diferencial impondría una carga excesiva en el sensor. La salida del modo U2A por lo tanto es igual a V REF más el efecto neto de la compensación y el aumento de los errores.
Para poner a cero el ADC, configurar U1Z (a través de su entrada digital "C") para conectar la Z a la Z1, y el conjunto V REF en el modo de operación normal mediante la conexión de X X1 (con "A") y S para Y1 (con "B "). Una conversión ADC proporciona ahora una lectura de cero.
Para obtener una lectura de escala completa (intervalo), revertir la RN3 divisor de resistencia por alternar el U1X e interruptores U1Y. Z permanece conectado a Z1. V REF ahora se convierte en:
V REF = (30/31) V Li . Para V Li = 3,6 V, V REF = 3.484V
La salida del amplificador ahora "tirones" a V REF = 3.484V, más el efecto neto de la compensación y los errores de ganancia. Una conversión del ADC en esta configuración proporciona una lectura lapso de (30/31) V Li .
A raíz de la medida de la amplitud, el retorno de la referencia a su estado normal mediante la conexión de X e Y para X1 Y1, y retire la sonda de temperatura mediante la conexión de la Z a la Z0. Ahora ha calibrado el ADC mediante la generación de un código para el cero y un código para el período. Esta técnica puede ser ejecutado en la marcha, en cualquier momento una calibración es necesario. El uso de bajo costo, fuera de la plataforma, divisores de resistencia de precisión ofrece una buena precisión y estabilidad de la temperatura.
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