利用內置PGA的24位Σ-Δ型ADC AD7780實現電子秤設計

電路功能與優勢
本電路為采用 AD7780構建的電子秤系統。AD7780是一款引腳可編程、低功耗、低漂移24位Σ-Δ型ADC，內置PGA，采用內部時鐘。該器件將大多數系統構建模塊置于芯片內，因此能夠簡化電子秤設計。該器件的典型功耗僅為330 μA，適合所有低功耗或電池供電應用。AD7780還提供省電模式，不執行轉換時，用戶可以切斷對橋式傳感器的供電，并使該器件進入省電模式，從而延長電池使用時間。
利用內置PGA的24位Σ-Δ型ADC AD7780實現電子秤設計

本文引用地址：http://www.104case.com/article/201702/338514.htm 2011-3-20 22:04:10 上傳 下載附件 (16.12 KB)

圖1. 采用AD7780的電子秤系統（原理示意圖：未顯示所有連接）

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電路描述
AD7780提供一種集成式電子秤解決方案，可以直接與稱重傳感器接口。只需在模擬輸入端用一些濾波器，在基準電壓引腳上配置一些電容等外部元件，便可滿足電磁屏蔽(EMC)要求。來自稱重傳感器的低電平信號由AD7780的內置PGA放大。該PGA經過編程，以128的增益工作。AD7780的轉換結果通過USB接口送至PC，由PC將數字信息轉換為重量。
利用內置PGA的24位Σ-Δ型ADC AD7780實現電子秤設計

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圖2. 采用AD7780的電子秤系統設置

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圖2所示為實際的測試設置。為實現最佳系統性能，該測試設置使用一個6線式稱重傳感器。除激勵、接地和2個輸出連接外，6線式稱重傳感器還有2個檢測引腳。這些檢測引腳分別與惠斯登電橋的高端和低端相連。因此，盡管線路電阻會引起壓降，但仍能精確測量該電橋上產生的電壓。此外，AD7780具有一路差分模擬輸入，接受差分基準電壓。稱重傳感器差分SENSE線路與AD7780基準電壓輸入端相連，可構成一個比率式配置，不受電源激勵電壓的低頻變化影響，如果采用4線式稱重傳感器，則不存在檢測引腳，ADC基準電壓引腳將與激勵電壓和地相連。這種配置中，由于存在線路電阻，激勵電壓與SENSE+之間將有壓降，因此系統不是完全比率式。另外，低端上也會有線路電阻引起的壓降。
AD7780具有單獨的模擬電源引腳和數字電源引腳。模擬電源和數字電源彼此獨立，因此AVDD和DVDD可以處于不同的電位。微控制器采用3.3 V電源。因此，DVDD也采用3.3 V電源供電。這樣就無需外部電平轉換，從而可以簡化ADC與微控制器之間的接口。3.3 V數字電源可利用ADP3303 穩壓器產生。
有多種方法可以為該電子秤系統供電，例如：利用主電源總線，或者利用ADP3303 (3.3 V)。用5 V電壓激勵電子秤時，必須使用主電源總線。用3.3 V電壓激勵稱重傳感器時，可以使用主電源總線或ADP3303 (3.3 V)。ADP3303 (3.3 V)是一款低噪聲穩壓器。此外，按照ADP3303 (3.3 V)數據手冊的建議，在穩壓器輸出端配有降噪電容。為優化電磁屏蔽，穩壓器輸出先經過濾波，然后再給AD7780和稱重傳感器供電。由于電源或接地層上的任何噪聲都會給系統帶來噪聲，導致電路性能降低，因此必須用低噪聲穩壓器產生供給AD7780和稱重傳感器的電源。
如果使用靈敏度為2 mV/V的2 kg稱重傳感器，則激勵電壓為5 V時，來自稱重傳感器的滿量程信號為10 mV。稱重傳感器具有相關失調電壓或TARE。此TARE的幅度最高可達稱重傳感器滿量程輸出信號的50%。稱重傳感器還有最高可達滿量程±20%的增益誤差。一些客戶利用DAC來消除或抵消TARE。如果AD7780采用5 V基準電壓，則增益設置為128時，其模擬輸入范圍等于±40 mV。相對于稱重傳感器的滿量程信號(10 mV)而言，AD7780的模擬輸入范圍較寬，這有利于確保稱重傳感器的失調電壓和增益誤差不會使ADC前端過載。