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解析使用24位转换器通常是更好的方案网络转载导语：在涉及到温度测量、压力测量、工业流程控制的便携式医疗设备和工业自动化领域，12位转换器足以成为我们理想的选择。但是，假如考虑到整个多传感器系统设计，那么24位转换器可能是更加经济高效的选择，本文将解释其中的原因。在涉及到温度测量、压力测量、工业流程控制的便携式医疗设备和工业自动化领域，12位转换器足以成为我们理想的选择。但是，假如考虑到整个多传感器系统设计，那么24位转换器可能是更加经济高效的选择，本文将解释其中的原因。开场进展系统设计时，设计人员通常着手开发12位系统，首先从12位转换器开场，然后开发前端模拟链。但是，由于前端电路涉及到多个放大器，因此会增加设计时间、空间和复杂性，最终进步整体本钱。我们可以采用更好的方法。本文扼要讨论了怎样使用8通道24位转换器来取代所有12位信号链。我们将使用AnalogDevices的AD7124-8BCPZ-RL78通道、低噪声、低功耗模数转换器(ADC)作为例如。典型12位多传感器设计在开发便携式感应系统时，设计人员首先确定他们需要12位、14位还是16位系统，然后着手开发该系统。设计工作从前端模拟链和相应的逐次逼近存放器(SAR)ADC开场。我们可能发现一些系统集成了多个，这是非常公道的现象。患者监护仪就是很好的例子，它用于采集温度、体重、血氧和语言才能状态图1。图1：带有录音器的患者监护仪是多传感器系统的很好例子常见的12位感应系统执行高压侧或者低压侧系统电流测量。在此类系统中，我们使用低阻值电阻器(RSHUNT)，通过将电流转换为电压来感应系统电流图2。该图显示了标准高压侧电流感应电路，该电路使用SAR-ADC，最终将系统的电流转换为可用的数字值。图2：典型12位高压侧电流感应电路显示了SAR-ADC，它将RSHUNT感应的电流转换为可用的数字值在图2中，低阻值分流电阻器与仪表放大器(InAmp)连接，该放大器可以感应接近电源电压值的电压。InAmp的输出在0至100毫伏(mV)范围内。对于12位系统，此处的最低有效位(LSB)大小为24.4毫伏(mV)。然后，两个放大器为此信号提供增益，二者均为-10V/V。在电路中的这个位置，信号的输出范围为0至10伏特。随后，信号进入全差分放大器(FDA)。该放大器适当地为SAR-ADC差分输入引脚提供差分输出，LSB大小为1.22mV。下面的本钱分析将使用1000件价格估算。回到图2中的前端，InAmp器件是一种专业器件，由于它可以准确地感应电源附近的小输入信号。这局部电路的弊端是RSHUNT必须尽可能低，试图让负载的电源尽可能保持恒定。对于这种类型的专业器件，本钱估算为大约3美元。在InAmp后面，还有两个运算放大器(OpAmp)。两个运算放大器都是双配置的一局部。这些放大器必须具有较低的输入偏置电流、补偿电压和噪声。当信号进入SAR-ADC时，输入偏置电流和补偿电压将增加失调误差。高放大器噪声将影响信号链的信噪比(SNR)。对于这种类型的双放大器，本钱估算为大约2美元。FDA接收运算放大器的输出信号。FDA的功能是将单端信号变成差分输出，将满量程范围乘以0.4V/V，让电平位移到达2.5伏特。对于FDA，本钱估算为大约2美元。最后，SAR-ADC接收FDA的差分信号。此应用电路测量流经负载的电流。该高压侧电流传感器电路要求不超过12位的转换结果粒度。在图2中，12位SAR-ADC的典型本钱为大约5美元。图2中的前端电路涉及多个芯片，包括四个放大器，因此会增加设计时间、空间和复杂度，最终还会增加本钱。在本例中，前端本钱为大约7美元。这个经过可在多个感应电路上执行，但本例将使用AnalogDevices提供的24位三角积分()转换器。使用24位转换器取代12位转换器我们可以采用更好的方法来实现图2所示的电路。SAR-ADC功能需要信号调节电路、模拟多路复用器和放大器驱动器。替换方法是将转换器更换为-ADC图3。图3：感应电路方框图：顶部框图使用SAR-ADC作为转换器。底部框图使用-ADC作为转换器图3显示了SAR-ADC和-ADC信号途径之间的根本差异。SAR-ADC信号途径需要信号调节，为小传感器信号做好预备，以知足转换器的输入范围。-ADC信号途径中的传感器连接是直接连接到转换器的输入。使用-ADC信号链，设计人员可以忘记模拟增益级，消除电平位移电路。该电路仍将继续使用InAmp，由于它提供了针对过压事件的保护功能，但其他所有放大器都是不必要的图4。图4：使用-ADC的高压侧电流感测，显示已更换的元件对于以上系统，最令人关注的是LSB大小为24.4mV。出于准确度的原因，我们可将LSB大小除以二，结果为12.2mV。5V系统所需的位数的计算方式很简单：1.44*ln满量程范围/LSB。对于本电路，位数为18.6，四舍五入为19位。再强调一次，在这个本钱分析中，我们使用了1000件价格估算。回到图4的前端，我们仍将使用InAmp器件。对于这种类型的专业器件，典型本钱仍为大约3美元。在InAmp后面，无需再使用两个放大器。这样可以节省大约2美元。由于-ADC可通过数字方式执行电平位移功能，因此也不再需要FDA。这样又可以节省大约2美元。最后，SAR-ADC接收FDA的差分信号。此应用电路测量流经负载的电流。该高压侧电流传感器电路要求不超过12位的转换结果粒度。再次参考图2，24位-ADC的典型本钱为大约5.30美元。在图4中，我们不再需要前端电路，这样就降低了电路复杂性和本钱。此电路中唯一剩余的模拟器件是InAmp。在本例中，前端本钱为大约3美元。-ADC的全面功能此信号已进入24位系统，没有增益。在这个24位系统中，LSB大小相当于12位系统具有4098的增益图5。图5：在这个24位系统中，LSB大小相当于12位系统具有4098的增益固然特定传感器的-ADC的输入范围很小，但转换器可以为所有传感器产生12位的分辨率，而且没有信号调节阶段。如今我们通过实例描绘这种方法。一旦找到满量程范围为5V的24位-ADC，设计人员将有时机不再使用一些信号链元件。假如进一步采用这种方法，他们可以使用带有内部可编程增益放大器(PGA)的-ADC，允许在-ADC内部添加模拟信号链元件图6。图6：AD7124-824位-ADC，带有4/16个输入引脚八个差分输入的AD7124-824位-ADC是一种低噪声解决方案，包含可编程增益1至128、内部电压基准和内部时钟振荡器。该器件非常合适消除图2所示的繁杂模拟信号调节电路。总结本文扼要阐述了为什么使用24位转换器来替换多个12位器件通常是更好的方案，以及怎样降低多传感器器件的模拟前端的本钱和复杂性。我们使用AnalogDevices的AD7124-8BCPZ-RL78通道、低噪声、低功耗ADC作为例如。有了该器件，我们不再需要PGA和电压基准。