1 导言
现代电子丈量中，对丈量精度有着越来越高的要求，一同，因为户外电池供电的原因，对全体电路的功耗也有着高要求。比方，在差压式流量丈量／计量中，压力传感器给出的信号非常弱小，这对直流扩大器和ADC电路提出了很高的要求。传统的精细数据转化和体系安稳性计划不能兼备低噪声、低漂移和低功耗特性，往往不得不献身某些功用。AD7794针对工业丈量范畴的这种特别而义遍及的需求，选用了一种结合斩波扩大电路（按捺漂移）、乏一AADC（进步精度和按捺噪声）和低功耗的复合结构，构成具有兼备上述优异功用的较为抱负了专用器材。一同器材体积极小，便于在各种设备中运用。
本文依据作者在内锥式智能工业燃气表的实践规划作业中的经历，总结出高精度A/D转化芯片AD7794的特色，并描绘其运用办法。
2 AD7794的功用及技能特性
AD7794供给了仪器外表运用所要求的简直悉数功用，因而减少了规划作业量并节省了许多外围器材。AD7794具有功耗低和彻底模仿输入端子，可用在低频信号的丈量中。它战胜了同类产品中噪声与功耗的局限性，能够一同供给低噪声和低功耗特性。该系列ADC选用2．7v～5．25 v单电源供电，其全功耗耗费电流仅400 μA，一同噪声只要40 nVrms，然后使其合适要求低功耗和高精度丈量的运用。它集成了六个差分传感通道的24位ADC，使其非常合适要求较多通道的运用。这六个差分通道可两两组组成差分信号和差分参阅输入，能有用战胜共模搅扰。片上还有低噪声、低温漂的增益级仪用扩大器电路，增益能够依据需要进行设置。别的，片上还集成了增益可调的鼓励电流源和用于温度丈量的偏置电压发生器。该芯片能够运用内部时钟，假如同步运转多个芯片时还能够运用外部时钟。采样率也是输出数据的速率能够经过编程在4Hz到500Hz之间调度，在某些速率下如16．6 I-h条件下能够供给一同按捺50 Hz和60Hz搅扰信号的功用。
图1 AD7794内部简化结构模块图
图1给出了AD7794的简化结构，它归于∑-△调制的模数转化器，适用于窄带与高分辨率的场合。AD7794的∑-△调制器将随采样的输入信号转化为数字脉冲串，其“1”的密度包含数字量信息。经过数字滤波和抽取后，输出高分辨率低速率数据。∑-△调制器还具有降噪的效果，因为高的采样率将噪声基底压低，而滤波后大多数（高端频谱部分）噪声被滤除。调制器的阶数越高，在有用带宽内对噪声按捺的效果就越显着。可是，较高阶调制器简单不安稳。因而，有必要在调度器阶数与安稳性之间进行权衡。在窄带∑-△模数转化器中，一般运用二阶或三阶调度器，这样器材就会具有杰出的安稳性。
AD7794的低噪声外表扩大器能够作业在斩波形式，斩波器是AD7794的一个内嵌部件，能够用于消除飘移形成的差错。斩波器的作业原理就是在模数转化器的输入部件多路复用器的输出处替换地倒相（或削波）。然后，对每次斩波的正和负信号区段进行-_次模数转化。接着，用数字滤波器对这两次转化成果取均匀。这样，就消除了模数转化器内呈现的任何失调差错，更重要的是，将温度对失调漂移的影响降到最低。
3 AD7794的运用电路规划
图2 AD7794一个通道典型运用
图2给出了AD7794的运用框图。AD7794具有简化的同步串行接口，易于和微控制器MC相连。AD7794中串行接口、ADC、斩波式外表扩大器和多通道的结构构成了一种全ADC类型——仪（表专）用ADC。
其间，MSP430F1611是一款超低功耗混合信号处理器，共有一种活动形式（AM）和五种低功耗形式（LPM0～LPM4）。在待机办法下，其耗电为0．7uA；在节电办法下，最低可达0．1uA。AD7794与MSP430F1611的衔接非常灵敏。下面霞点描绘典型的传感器及调度电路的规划，如图3所示。其间AD7794有三套（参阅电压和被测电压）六路差分输入端，该电路可任选一套接入。
图3 AD7794输入电路规划
整个电路主要由传感器电桥与信号调度电路组成，传感器以差分办法输m信号，即经过输出正和输出负两头的电压差值来表明。当被测非电鼍发生改变时，会引起传感器的电阻值发生改变，而此改变会线性的反应在R7和R9左端的电位差（电压）上，经过收集这个电位的差值信号就能够核算被丈量及其改变。模仿的传感器信号经过AD7794一AIN+和AD7794_AIN一差分端口送到AD7794进行数模转化。在实践运用的过程中，有或许输入的模仿信号电J丘遭到搅扰而有较大规模的动摇，假如直接将传感器上的信号接入到AD，则在极点情况下，如瞬态静电高压，就有或许形成对AD7794永久性的损坏。因而，电路中选用二极管D1、D2、D3和D4使输入信号被胁迫在一个安全的规模之内，然后起到过压（包含正和负）维护的效果。电阻R7、R8、R9和R10作为限流电阻运用（其阻值关于信号而言简直没有影响），进一步维护了后级电路。cl和C2能有用地滤除进入电路的射频搅扰，对挨近电台的区域运用特别有用。
AD7794的参阅电压可取自内部，也可取A于外部。可是当丈量外部电桥信号时，运用外部参阅电压比较有用，所以在本电路中运用了外部参阅。当运用AD7794在丈量细小信号的时分．就会用到片内低噪声外表扩大器，这样能够有用地下降外部噪声的搅扰，比方说，当内部扩大器的增益为64时，所引进的噪声典型有用值只要40nV。可是当运放的增益大于等于4的时分，其共模电压不能够太低，不然会使运放的特性变坏。依据需要，当AD7794作业与斩波形式时，输入共模电压（（AD7794 ）+（ 一））有必要大于． ，这样才_AIN+ AD7794 AIN ／2 0 5V能确保输入信号的动态范隔；而且，当运用内部扩大器时，假如所运用的外部参阅电压VREF挨近模仿电源AVDD时，则实践输入的模仿信号值不能超过（Vr。lgain）的90％，不然AD在输入信号的凹凸两头的线性度会变差。为了很好的处理这个问题，在本电路中运用了R6和R12，这样能够使AD7794的参阅电压AD7794．REF+和AD7794 REF一不至于挨近模仿电源的极限电压。整个电路选用桥式输入，这样，在外接电源在小规模内有动摇的时分，能够确保实践加入到扩大器的差值电压和输入的参阅电压不受外界的影响。
AD7794选用偏移二进制编码，当运用单极性信号时（Ain+ – Ain 》 0），其输入电压与输出数据的关系为：
这个D直接代表了被丈量。这儿，G为总增益。（REF+ – REF-）为差分参阅电压，（Ain+ – Ain-）为输入差压信号。
而当运用双极性信号时（REF》Ain+ – Ain》0如或0》Ain+ – Ain》-REF，输出特性变为：
要用外部参阅电压时，因为R5、R7、R11能够疏忽，因而有：
在抱负传感器中，
R为丈量电桥的总电阻，也即桥臂电阻，静态时R1=R2=R3=R4=R，为丈量时的每臂电阻改变量。可见，运用外部参阅电压（一同做为传感器电压鼓励）时，ADC输出数据与传感器改变，即与被丈量直接相关，与参阅电压的实践值无关！这就对参阅电，爱的安稳性要求大大下降了。当然，参阅电瓜要契合ADC的量值要求，而且，在一次丈量（转化）中依然要求不变（短期安稳即可）。
整个体系适用于高精度低功耗要求的场合。在这儿，给整个电桥供给鼓励的电压也即参阅电压取自MSP430F1611的DAC输出端。这样做，既能够确保所加电压的精度和安稳性，又能够在不需要丈量信号的时分，能够随时封闭给电桥的供电。当MSP430微处理器进入休眠状况时，也能够使整个体系的芯片连同电路一同处于一个休眠状况，这样能够进一步下降体系功耗。
4 AD7794的试验和实测效果
为了模仿出实践AD7794的运用场合，将图3中的R1、R2、R3、R4悉数用电阻箱替代，电阻箱的精度和分辨率为0．1欧姆。实践测验中，运用的电阻改变量为1欧姆。在测验过程中，Rl、R4作为一组，而R2、R3作为一组，两组阻值分别向不间的方向改变，即一组调大．而另一组调小，以此来模仿传感器上的压差改变，然后将实测数据绘成曲线。试验成果示于下图．其间，纵轴为实测的AD转化成果，横轴为压差改变率，即（V+-Vv）／（VRF+-VREF_）。
由图4能够看出，整个AD7794的体现效果令人满意，整个AD转化成果与实践输入的信号成线性改变，而实测的最大线性差错小于l‰。
5 定论
该体系已成功地运用于低功耗燃气计量设备中，并安稳可靠地运转。与传统计划比较，本体系精度高、功耗小、抗搅扰能力强，易于调试，体积小，合适于手持、户外、太阳能供电等多种运用场合。这种办法能够推行运用到低频、缓变等信号的广泛工业丈量运用中。
本文作者立异点：提出了根据AD7794的高精度超低功耗丈量计量设备的规划原理和办法，并以给出了详细的硬件电路，为进一步开发其它类型的丈量设备供给了必定的参阅效果。
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