一位任职于抢先的可编程逻辑控制器(PLC)制造商的年青工程师满怀热心,正在规划一个可接受来自高阻抗传感器输入的多通道24位模仿输入模块。他挑选了德州仪器的24位Δ-Σ模数转换器(ADS125H02)、5-V基准电压和德州仪器的精细放大器(OPA192)。
当挑选多路复用器时,他有三种选项:一个是德州仪器的MUX36D04和两个来自其他供货商的多路复用器(MUX2和MUX3)。除了输入漏电流规范分别为1 pA、100pA和1 nA(25°C时的典型值)外,每一个多路复用器规范都很相似。
起先,这位工程师以为这三个多路复用器看起来如出一辙,并且以为这三个多路复用器中的输入漏电流低到能够疏忽不计。他以为能够挑选这三者之中的任何一个,并从他的体系中取得相似的功能。
在此博文中,你会发现他或许疏忽了多路复用器的漏电流。
图1所示为带有多个传感器接口的数据收集体系的规范框图。
图1:数据收集体系中输入信号调度单元的框图
漏电流:默默地抵消偏移差错
漏电流是一个重要参数,因为它在开关翻开和断开时都会导致直流差错。多路复用器数据表有许多与漏电流相关的规范,包含当开关合上或断开时流过源极管脚(IS)或漏极管脚(ID)的漏电流。图2所示为模仿开关的简化模型。
图2:开关翻开时的简化小信号模型
如图2所示,输出电压VOUT一般连接到运算放大器的同相端,该同相端具有高阻抗。所以为了简略起见,工程师疏忽了负载电阻RL的影响。RO是开关的导通电阻。
当开关合上时,方程式1核算由漏电流引进的电压差错:
当开关断开时,漏电流流过各自的端子(漏极或源极),并在输出端引进偏移差错。
图3:开关断开时的简化小信号模型
漏电流也随温度的升高而增大。一切数据表应包含漏电流与温度的典型曲线。尽管漏电流的量很小,但在处理高输入阻抗传感器时,它是一个非常重要的参数。所以让我们来看看这个参数是怎么影响体系功能的。
漏电流的轻轻安或毫微安其实是有不同的
PLC体系中的模仿输入模块常常切换pH、光学、湿度、加速度计和化学传感器等高输入阻抗传感器。一切这些传感器都具有输入阻抗,从几百千欧姆到几千兆欧姆不等。以一个典型的光传感器为例,如图4所示。
图4:光传感器的简化模型
如图4所示,分流电阻Rsh的巨细从几百千欧姆到几千兆欧姆不等,且与温度成反比联系。因为并联电容的巨细为几轻轻法拉,所以它不重要,因而图4中没有显现。
漏电流对体系精度的影响
简略来说,假定传感器阻抗Rsh为1MΩ。关于以5V为参阅的24位体系,方程式2核算对应1个最低有用位(LSB)的最小分辨率或电压,如下所示:
请记住,工程师有三个多路复用器能够挑选,在表1中标记为MUX36D04、MUX2和MUX3。还要记住(25°C/85°C)时的漏电流是仅有的差异要素。关于每个多路复用器,漏电流流过输入阻抗,导致偏移差错,然后影响整个体系精度。表1简要地介绍了多路复用器是怎么影响丈量精度的。
表1:漏电流及其与LSB的偏移差错的联系
大多数传感器的输出电压都很低。因为输入级而引进的任何附加偏移都会约束ADS125H02所能看到的最大满量程电压规模。从表1能够看出,关于高精度数据收集体系,即便几百轻轻安的输入走漏也会对丈量精度发生明显影响。漏电流随温度的改变而改变,表1显现了25°C和85°C时的偏移差错改变。光传感器阻抗也随光强度和环境温度的改变而改变,因而这不只会导致偏移差错,还会导致线性差错。
所以工程师不能疏忽走漏电流,因而需求挑选一个低走漏多路复用器。
规划可接受高阻抗输入的多通道模仿输入模块会有一系列的应战。德州仪器的MUX36S08和MUX36D04超低走漏模仿多路复用器无需校准偏移差错,简化了模仿输入模块的规划,一起也大大减少了偏移和线性差错。MUX36S08和MUX36D04在25°C时具有1pA的超低漏电流。图5显现了MUX36S08的漏电流随温度的改变。(有关-40°C到125°C的具体曲线图, 请拜见MUX36S08数据表。)
图5:MUX36S08漏电流ID(ON)随温度的改变
总结来说,工程师不能疏忽漏电流,所以他有必要挑选德州仪器的低走漏多路复用器。MUX36S08和MUX36D04选项满意低走漏的需求,还供给低电容、低电荷注入、轨对轨运转和低功耗。