ADC代碼怎么才能轉(zhuǎn)換成電壓？（二）

在本系列的第1篇文章中，我解釋了如何通過(guò)使用公式1將ADC的輸出代碼乘以最低有效位（LSB）大小來(lái)計(jì)算模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入電壓：

為計(jì)算ADC的LSB大小，我們使用公式2：

現(xiàn)在，您已經(jīng)知道如何從輸出代碼中計(jì)算輸入電壓，我們來(lái)看幾個(gè)常見的應(yīng)用示例，它們使用Δ-ΣADC來(lái)顯示如何從測(cè)量電壓計(jì)算相關(guān)的物理參數(shù)。通過(guò)每個(gè)示例，我提供了相關(guān)TI Designs參考設(shè)計(jì)的鏈接，您可以在其中獲得額外的設(shè)計(jì)幫助。

電流分流測(cè)量

ADC測(cè)量電壓；因此，您必須先將電流轉(zhuǎn)換成電壓。最簡(jiǎn)單的方法是強(qiáng)制電流通過(guò)具有已知值的電阻，如圖1所示。

圖1：電流分流測(cè)量

電流和電壓之間的關(guān)系由歐姆定律（V = I?R）給出。要獲取當(dāng)前幅度I，請(qǐng)將ADC上測(cè)得的電壓乘以電阻VR，并將其除以電阻R，如公式3所示：

確保電流測(cè)量的準(zhǔn)確性需要精確穩(wěn)定的分流電阻。其他設(shè)計(jì)考慮可在汽車車載充電器系統(tǒng)（TIDA-00456）的TI Designs電壓和電流測(cè)量參考設(shè)計(jì)中找到。

RTD溫度測(cè)量

電阻溫度檢測(cè)器（RTD）是具有溫度依賴性電阻的溫度傳感器。ADC間接測(cè)量RTD電阻并推斷RTD溫度。測(cè)量配置與圖1相似，只是已知的勵(lì)磁電流IExcite被強(qiáng)制流經(jīng)電阻器，以產(chǎn)生電壓。該電流也可以產(chǎn)生ADC的參考電壓，使其測(cè)量成比例，如圖2所示。

圖2：成比例RTD測(cè)量

為了計(jì)算RTD電阻，RRTD，將測(cè)量電壓VRTD除以激勵(lì)電流IExcite，如公式4所示：

電流源的精度通常會(huì)影響電阻測(cè)量的精度；但通過(guò)使用圖2所示的比例配置，您可以消除此依賴關(guān)系。注意LSB大小如何與激勵(lì)電流成比例，如等式5所示：

將等式5代入等式4導(dǎo)致不依賴于激勵(lì)電流的幅度的比例關(guān)系，如等式6所示：

現(xiàn)在測(cè)量的精度主要取決于參考電阻的穩(wěn)定性，這通常比勵(lì)磁電流的穩(wěn)定性更佳。該配置稱為比例計(jì)算，因?yàn)锳DC的輸出代碼與RTD和參考電阻的比例成比例。

RTD電阻已知，但您仍然必須確定RTD的溫度。等式7使用Callendar-Van Dusen方程來(lái)指定溫度和RTD電阻之間的關(guān)系：

式中，T是RTD溫度；A、B和C是由RTD類型給出的標(biāo)準(zhǔn)多項(xiàng)式系數(shù)；R0是0℃時(shí)RTD的標(biāo)稱電阻。請(qǐng)注意，對(duì)于0℃以上的溫度，您可以簡(jiǎn)化公式7直接求解溫度，如公式8所示：

在僅使用較小溫度范圍的情況下，進(jìn)行線性近似以簡(jiǎn)化溫度計(jì)算。或者，您可以使用軟件參考查找表將RTD電阻轉(zhuǎn)換為溫度，而無(wú)需求解多項(xiàng)式方程。

使用查找表進(jìn)行RTD測(cè)量的示例可在TI Designs RTD溫度變送器中找到，用于2線、4至20 mA電流環(huán)系參考設(shè)計(jì)（TIDA-00095）。

熱電偶溫度測(cè)量

熱電偶是一個(gè)溫度傳感器，可產(chǎn)生與兩個(gè)接頭之間的溫差成正比的溫度相關(guān)電壓輸出：感測(cè)/熱接點(diǎn)和參考/冷接點(diǎn)。ADC測(cè)量該電壓并將其轉(zhuǎn)換為相對(duì)溫度（溫差），如圖3所示。

圖3：熱電偶測(cè)量

為了確定感應(yīng)接頭處的絕對(duì)溫度，TSense將相對(duì)溫度加到參考結(jié)溫度TRef，必須通過(guò)控制其溫度或通過(guò)其他方法測(cè)量溫度來(lái)獲知。一旦ADC測(cè)量了輸入電壓，使用多項(xiàng)式方程計(jì)算出熱電偶的絕對(duì)溫度，如公式9所示：

系數(shù)c0，c1，c2，...，cN是特定于熱電偶類型和相關(guān)溫度范圍的標(biāo)準(zhǔn)多項(xiàng)式系數(shù)。在許多情況下，使用查找表比求解方程9更方便，這可能具有極高階。

使用熱電偶測(cè)量查找表的示例可在使用RTD或集成溫度傳感器進(jìn)行冷端補(bǔ)償（CJC）的TI Designs熱電偶AFE參考設(shè)計(jì)（TIDA-00168）中找到。

稱重傳感器測(cè)量

稱重傳感器由橋式結(jié)構(gòu)的電阻組合組成，其中一些元件（應(yīng)變計(jì)）基于所施加的負(fù)載（或重量）在電阻上存在變化，如圖4所示。

圖4：稱重傳感器測(cè)量

電阻橋提供與激勵(lì)電壓和施加負(fù)載成比例的輸出電壓。即使施加的負(fù)載改變了應(yīng)變計(jì)的電阻，由于施加的負(fù)載和輸出電壓之間存在非常線性關(guān)系，所以不需要測(cè)量電阻，如等式10所示：

式中，外施載荷（kg）是稱重傳感器上的重量；負(fù)載能力（kg）是稱重傳感器的額定重量容量；VExcite（V）是施加到稱重傳感器的激勵(lì)電壓；而靈敏度（mV/V）（額定輸出）是由稱重傳感器制造商給出的指定參數(shù)，其指示稱重傳感器在具有1V激勵(lì)電壓的全容量時(shí)的輸出電壓。

注意，激勵(lì)電壓的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果有直接的影響；因此，通常使用激勵(lì)電壓作為參考電壓，使測(cè)量成比例，與激勵(lì)電壓無(wú)關(guān)。當(dāng)參考電壓等于激勵(lì)電壓時(shí)，使用公式11計(jì)算重量：

其他設(shè)計(jì)考慮和改進(jìn)稱重精度的技巧可在TI Designs高分辨率、低漂移、具有交流電橋激勵(lì)（TIPD188）的精密稱重參考設(shè)計(jì)中找到。

這些只是一些示例，顯示了如何執(zhí)行從ADC代碼轉(zhuǎn)換到相關(guān)物理參數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。如果這個(gè)概述對(duì)您有幫助，或者如果存在我未涵蓋的特定應(yīng)用程序，而您想要幫助解碼，請(qǐng)?jiān)谙路搅粞浴?/p>