CN219536049U - 一种低温漂的传感器adc采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低温漂的传感器ADC采集电路。包括传感器、可编程仪表放大器、ADC转换芯片、第一电压基准源、运算放大器、第二电压基准源以及三极管，ADC转换芯片与可编程仪表放大器串联，可编程仪表放大器的信号输入端脚通过第一电阻和第二电阻与传感器连接，ADC转换芯片的参考电压输入引脚与第一电压基准源的输出端连接，第一电压基准源的输出端还与运算放大器的同相端连接。本实用新型以同一个电源同时作为传感器的供电电压，也作为ADC转换所需的参考电压；当存在温漂时,则传感器的供电电压和ADC参电压便会存在相互影响,存在一个化值,这个值相互之间又可以刚好抵消,从而来达到降低温度对于采样数字的影响，达到降低温漂。

Description

一种低温漂的传感器ADC采集电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其是一种低温漂的传感器ADC采集电路。

背景技术

众所周知，传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。这种信号的转换便需要特定的采集电路去进行实现，因此采集电路的好坏将直接影响传感器所检测出的数据精准度。

目前，针对采集自身构造而言，一般由激励源、放大电路、ADC采集电路构成，但是因为电源器件升温变化较大，参数值就会有所变化，故而也对测量的影响也最大,整体系统的测量温飘可达200ppm/°C，甚至更高。如果温度升高10度带来的变化误差为：200ppm/°C *10°C=0.2%，由此可见温飘影响非常大。因此，针对传感器的采集电路而言，若能有效的控制温漂，必将对于传感器的检测精度进行有效提升。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种电桥驱动和ADC一体的电路, 使得电桥电源的温度漂移和ADC的参考基准完全一致的变化，两者相互抵消，最终可达到低温漂的传感器ADC采集电路。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种低温漂的传感器ADC采集电路，包括传感器、可编程仪表放大器、ADC转换芯片、第一电压基准源、运算放大器、第二电压基准源以及三极管，所述ADC转换芯片与可编程仪表放大器串联，所述可编程仪表放大器的信号输入端脚通过第一电阻和第二电阻与传感器连接，所述ADC转换芯片的参考电压输入引脚与第一电压基准源的输出端连接，所述第一电压基准源的输出端还与运算放大器的同相端连接，所述运算放大器的反相端通过第三电阻接地并通过依次串联的第四电阻和第五电阻连接第二电压基准源和传感器，所述运算放大器的输出端通过第七电阻连接第二电压基准源以及三极管的基极，所述运算放大器的电源输入端通过电感接入电源并通过第三电容和第四电容接地，所述电感还与三极管的集电极连接，所述三极管的发射极与第二电压基准源连接并通过第六电阻与传感器连接，所述第五电阻和第六电阻相连接并通过第五电容和第六电容接地。

优选地，所述第一电压基准源的电源输入端和输出端分别通过第一电容和第二电容接地。

优选地，所述可编程仪表放大器的VON端脚和VOP端脚分别通过第八电阻和第九电阻与ADC转换芯片的AIN0端脚和AIN1端脚连接，所述ADC转换芯片的AIN0端脚和AIN1端脚通过第八电容并联并分别通过第七电容和第九电容接地。

由于采用了上述方案，本实用新型以同一个电源同时作为传感器的供电电压，也作为ADC转换所需的参考电压；当存在温漂时,则传感器的供电电压和ADC参电压便会存在相互影响,存在一个化值,这个值相互之间又可以刚好抵消,从而来达到降低温度对于采样数字的影响，达到降低温漂。

附图说明

图1是本实用新型实施例的整体电路结构示意图。

图2是本实用新型实施例的放大电路的电路结构示意图。

图3是本实用新型实施例的ADC转换芯片与周边器件的电路连接结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图3所示，本实施例提供的一种低温漂的传感器ADC采集电路，包括传感器R354、可编程仪表放大器U67、ADC转换芯片U8、第一电压基准源U69、运算放大器U68、第二电压基准源U70以及三极管Q2，所述ADC转换芯片U8与可编程仪表放大器U67串联，所述可编程仪表放大器U67的信号输入端脚通过第一电阻R348和第二电阻R349与传感器R354连接，所述ADC转换芯片U8的参考电压输入引脚与第一电压基准源U69的输出端连接，所述第一电压基准源U69的输出端还与运算放大器U68的同相端连接，所述运算放大器U68的反相端通过第三电阻R359接地并通过依次串联的第四电阻R357和第五电阻R358连接第二电压基准源U70和传感器R354，所述运算放大器U68的输出端通过第七电阻R355连接第二电压基准源U70以及三极管Q2的基极，所述运算放大器U68的电源输入端通过电感L24接入电源并通过第三电容C348和第四电容C349接地，所述电感L24还与三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的发射极与第二电压基准源U70连接并通过第六电阻R6与传感器R354连接，所述第五电阻R358和第六电阻R356相连接并通过第五电容C353和第六电容C354接地。

进一步，所述第一电压基准源U69的电源输入端和输出端分别通过第一电容C351和第二电容C352接地。

进一步，所述可编程仪表放大器U67的VON端脚（pin1）和VOP端脚（pin2）分别通过第八电阻R351和第九电阻R352与ADC转换芯片U8的AIN0端脚（pin21）和AIN1端脚（pin22）连接，所述ADC转换芯片U8的AIN0端脚和AIN1端脚通过第八电容C33并联并分别通过第七电容C332和第九电容C334接地。

本实施例的整体电路的工作原理如下：

本实施例的第一电压基准源U69为4.096V低温飘电压基准源,是供给ADC单元,同时4.096V的电压经过运算放大器U68和三极管Q2组成的精密放大驱动电路后输出得到12V输出,则12V输出的温度漂移则几乎等同于4.096V的温度飘移。

本实施例的运算放大器U68是OPA202运算放大器，它的温飘为1µV/°C,可编程仪表放大器U67的温飘为0.5ppm/°C, 其第三电阻R359，第五电阻R358精度0.1%低温飘2ppm/°C电阻,运算放大器U68的pin3（同相端）接的参考电源4.096V,第三电阻R359、第五电阻R358组成同相放大电路，即把4.096V放大到12V,计算为:

Vout=4.096V*(R357+R358+R359)/R359=4.096V*(19.1k+0.2k+10k)/10k=12V

三极管Q2的作为增加运算放大器的驱动功率； 第二电压基准源U70型号为TL432，是1.25V电压基准源,在本系统中与第六电阻R356组成精密限流电流，当第六电阻R356两端的流经的电流形成的压差超过1.25V则第二电压基准源U70把三极管Q2的基极拉低而形成反馈回路，所以限流大小为:

I_lim=Vref_U70/ R356 =1.25V/3.3欧=0.45A。

第五电容C353和第六电容C354为12V输出的滤波电容，电感L24与第三电容C348和第四电容C349组成电源供电的LC滤波，以降低来自外部电源的干扰。

传感器R354为桥式传感器,其激励电压为12V,两个桥臂输出为差分输出,所以放大器要选用差分放大器。

可编程仪表放大器U67为精密可编程仪表放大器PGA280,其特点为最大增益176倍且误差为0.03%, 通过其放大176倍后再送去ADC转换,输出型号为抗干扰的差分输出,输出差分参考中心点为可编程仪表放大器U67的pin3脚决定,在此应用中电阻R346、R347分压后得2.5V。可编程仪表放大器 U67的pin6和Pin11为运放的模拟供电输入,必须采用双极性供电方式,可采样+/-5V供电。可编程仪表放大器U67的增益控制为程序SPI总线写入的方式控制。 第八电阻R351、第九电阻R352和电容C332、C333、C334组成RC滤波。

ADC转换芯片U8为32位ADC转换芯片AD7177-2,最高转换率为10ks/秒,同时支持差分输入和单端输入方式。在本电路中，所使用的是差分输入方式. 从ADC转换芯片U8的ain0/ain1引脚组成一组差分输入。ADC转换芯片的Pin3引脚为参考电压输入引脚,直接接到精密电压源4.096V,负参考则为AGND。

传感器供电为Vs=12V, 称重传感器灵敏度K1,放大器增益为Gain, 则ADC采样的结果:

ADC_result = Vs*K1 *Gain / Vref

当温飘产生时：ADC_result = Vs*△k1*K1 *Gain / Vref*△k2

从上式可看出 Vs△k1与Vref△k2为同样的温度系数,如果温度飘移时以同样的系数变化相互影响抵消,从而提高温度稳定性，整体系统的温度系数控制在5ppm/°C以下。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种低温漂的传感器ADC采集电路，其特征在于：包括传感器、可编程仪表放大器、ADC转换芯片、第一电压基准源、运算放大器、第二电压基准源以及三极管，所述ADC转换芯片与可编程仪表放大器串联，所述可编程仪表放大器的信号输入端脚通过第一电阻和第二电阻与传感器连接，所述ADC转换芯片的参考电压输入引脚与第一电压基准源的输出端连接，所述第一电压基准源的输出端还与运算放大器的同相端连接，所述运算放大器的反相端通过第三电阻接地并通过依次串联的第四电阻和第五电阻连接第二电压基准源和传感器，所述运算放大器的输出端通过第七电阻连接第二电压基准源以及三极管的基极，所述运算放大器的电源输入端通过电感接入电源并通过第三电容和第四电容接地，所述电感还与三极管的集电极连接，所述三极管的发射极与第二电压基准源连接并通过第六电阻与传感器连接，所述第五电阻和第六电阻相连接并通过第五电容和第六电容接地。

2.如权利要求1所述的一种低温漂的传感器ADC采集电路，其特征在于：所述第一电压基准源的电源输入端和输出端分别通过第一电容和第二电容接地。

3.如权利要求2所述的一种低温漂的传感器ADC采集电路，其特征在于：所述可编程仪表放大器的VON端脚和VOP端脚分别通过第八电阻和第九电阻与ADC转换芯片的AIN0端脚和AIN1端脚连接，所述ADC转换芯片的AIN0端脚和AIN1端脚通过第八电容并联并分别通过第七电容和第九电容接地。