让传感器匹配转换器还是让转换器匹配传感器？

XJzy

导读] 就模拟转换器系统而言，您会选择的初始设计方法可能是查看需要的精度，然后使用一个能够获得相应精度的ADC。为了达到要求的准确度或精度，需要给系统加装一些必要的增益模块，以便让有效模拟范围覆盖ADC的动态范围。 但是，我们还可以选择另一种方法。您可以

就模拟转换器系统而言，您会选择的初始设计方法可能是查看需要的精度，然后使用一个能够获得相应精度的ADC。为了达到要求的准确度或精度，需要给系统加装一些必要的增益模块，以便让有效模拟范围覆盖ADC的动态范围。

但是，我们还可以选择另一种方法。您可以使用一个24位转换器来消除增益模块及其产生的补偿、漂移和噪声(您会在12位到16位系统中找到他们)。24位转换器是一款更为简单的解决方案。另外，您还可以在相同或者更低成本的情况下获得更高的性能。

您或许可以只使用24位ADC范围的一部分便能够完成设计。是的，没错，您可能会去掉一些位！在这种情况下，您仍然能够达到或者提高原始12或16位系统的分辨率和精度。相比12位ADC，24位转换器拥有4096的即时系统增益优势，以及一种附加的可编程增益放大器(PGA)功能。Δ-Σ转换器中的内置PGA功能，可以再增加64到128倍增益(具体情况根据产品不同而不同)。

作为设计过程的第一步，您常常会查看您将要使用的传感器，然后检查传感器的输出范围。之后，您会将传感器的输出范围同A/D转换器输入匹配。在这一过程中，您需要一个模拟增益单元来让传感器/ADC匹配有效。或者，您可能会不加思考地试图找到一种能够匹配您传感器输出范围的ADC。请不要这样做。尽量多考虑系统噪声影响，其中的实际系统分辨率和精度是两个重要的规范。

例如，如果一个12位的系统，您有一个250 V/V模拟增益的5V范围，则系统LSB等于5V/250/212，即4.88mV。图1.A描述了这类系统。

图1.A 12位SAR(A)显示了一个通过放大器连接至转换器的传感器。一个24位Δ-Σ(B)显示了一个直接连接至转换器的传感器。

现在，将传感器信号放入一个没有增益的24位转换器中(请参见图1.b)。您可以这样做，因为24位系统的LSB大小相当于有一个4096的模拟增益。使用这种设计方法时，需通过使用ADC的差动输入去除模拟电平转换的影响。这样便让您可以在使用传感器输出定位您的正ADC输入时，向您的负ADC输入施加电压。尽管24位ADC的总范围是动态的，但您的传感器输出可能仅仅覆盖一部分ADC输出码。选择这部分ADC范围后，您可以将注意力集中于信号响应的较理想区域。使用一个具有23位有效精度的24位ADC，就像是在转换器范围使用2048个单独的12位转换器。

在今后的一些文章中，我们将讨论在一个测力计和湿度传感器应用中如何实施这些想法。在这两种情况中，我们将比较系统的性能和成本。通过评估一些不同类型的低速电路，我们将对比12位应用和24位实施说明这种新设计方法的优势。