深入解析AD7796/AD7797：高精度橋傳感器的理想之選

在電子工程師的日常工作中，高精度模擬前端的選擇對(duì)于實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一下Analog Devices推出的AD7796/AD7797，這兩款專為高精度橋傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)的低功耗16/24位Σ-Δ ADC。

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產(chǎn)品概述

AD7796/AD7797是完整的模擬前端，適用于如稱重秤等高精度橋傳感器應(yīng)用。AD7796可實(shí)現(xiàn)16位分辨率，AD7797則能達(dá)到24位分辨率。其片上儀表放大器固定增益為128，能讓來(lái)自橋傳感器的小幅度信號(hào)直接與ADC接口。此外，每個(gè)器件都有一個(gè)差分輸入，并包含一個(gè)內(nèi)部連接到ADC的溫度傳感器，可用于橋的溫度補(bǔ)償。

關(guān)鍵特性

電氣性能卓越

• 低噪聲：RMS噪聲低至65 nV，能有效減少信號(hào)干擾，確保測(cè)量的高精度。
• 低功耗：正常工作電流典型值為250 μA，電源關(guān)斷模式下僅為1 μA，非常適合對(duì)功耗要求較高的便攜式設(shè)備。
• 寬電源范圍：電源電壓范圍為2.7 V至5.25 V，可適應(yīng)不同的電源環(huán)境。

功能豐富實(shí)用

• 集成儀表放大器：固定增益128，方便處理小幅度信號(hào)。
• 溫度傳感器：可進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
• 內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器：也可選擇外部時(shí)鐘，使用靈活。
• 50 Hz/60 Hz同時(shí)抑制：有效減少電源頻率干擾。
• 更新率可編程：范圍從4.17 Hz到123 Hz，能滿足不同應(yīng)用的需求。

接口靈活多樣

采用3線串行接口，與SPI、QSPI?、MICROWIRE和DSP兼容，SCLK上有施密特觸發(fā)器，使得接口更適合光隔離應(yīng)用。

技術(shù)參數(shù)剖析

精度與噪聲

從數(shù)據(jù)手冊(cè)的表格可以看出，不同更新率下的RMS噪聲和有效分辨率有所不同。以使用2.5 V參考電壓為例，在更新率為4.17 Hz時(shí)，AD7796的RMS噪聲為0.065 μV，有效分辨率為16位；AD7797的RMS噪聲同樣為0.065 μV，有效分辨率可達(dá)19位。這些數(shù)據(jù)表明，更新率越低，噪聲越小，分辨率越高。

時(shí)鐘特性

內(nèi)部時(shí)鐘頻率為64 ± 3% kHz，占空比為50:50%；外部時(shí)鐘頻率為64 kHz，占空比在45:55到55:45之間。用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的時(shí)鐘源。

芯片內(nèi)部寄存器

ADC通過(guò)多個(gè)片上寄存器進(jìn)行控制和配置，每個(gè)寄存器都有特定的功能：

• 通信寄存器：8位只寫寄存器，用于確定后續(xù)操作是讀還是寫，并選擇操作的寄存器。
• 狀態(tài)寄存器：8位只讀寄存器，可獲取ADC的狀態(tài)信息，如RDY（數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好）和ERR（錯(cuò)誤）位。
• 模式寄存器：16位讀寫寄存器，用于選擇工作模式、更新率和時(shí)鐘源。
• 配置寄存器：16位讀寫寄存器，可配置ADC為單極或雙極模式，啟用或禁用 burnout電流，并選擇模擬輸入通道。
• 數(shù)據(jù)寄存器：只讀寄存器，存儲(chǔ)ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果。
• ID寄存器：只讀寄存器，存儲(chǔ)AD7796/AD7797的識(shí)別號(hào)。
• 偏移寄存器和滿量程寄存器：分別存儲(chǔ)偏移校準(zhǔn)系數(shù)和滿量程校準(zhǔn)系數(shù)，讀寫操作需在特定模式下進(jìn)行。

電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

模擬輸入通道

AD7796/AD7797具有一個(gè)差分模擬輸入通道，輸入可耐受較大的源阻抗，適合直接連接外部電阻式傳感器。但要注意輸入電壓范圍和共模電壓的設(shè)置，避免超出限制導(dǎo)致線性度和噪聲性能下降。

參考電壓

參考輸入為無(wú)緩沖的，因此過(guò)大的R-C源阻抗會(huì)引入增益誤差。推薦使用低噪聲的參考電壓源，如ADR381和ADR391。同時(shí)，要注意參考輸入的動(dòng)態(tài)負(fù)載特性，避免使用電阻/電容組合引入直流增益誤差。

接地與布局

合理的接地和布局對(duì)于減少噪聲干擾至關(guān)重要。PCB設(shè)計(jì)應(yīng)將模擬和數(shù)字部分分開(kāi)，采用最小蝕刻技術(shù)設(shè)計(jì)接地平面。GND引腳應(yīng)連接到系統(tǒng)的AGND平面，注意電流路徑和信號(hào)交叉問(wèn)題。此外，要做好電源去耦，AVDD和DVDD應(yīng)分別用10 μF鉭電容和0.1 μF陶瓷電容并聯(lián)去耦。

應(yīng)用案例：稱重秤

在稱重秤應(yīng)用中，AD7796/AD7797表現(xiàn)出色。負(fù)載細(xì)胞以橋式網(wǎng)絡(luò)排列，提供差分輸出電壓。假設(shè)激勵(lì)電壓為5 V，傳感器靈敏度為2 mV/V，則滿量程輸出范圍為10 mV。可使用橋的激勵(lì)電壓直接為ADC提供參考，實(shí)現(xiàn)比例測(cè)量，從而消除激勵(lì)電壓變化對(duì)測(cè)量的影響。同時(shí)，片上溫度傳感器可用于橋的溫度補(bǔ)償，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

總結(jié)

AD7796/AD7797以其高精度、低功耗、豐富的功能和靈活的接口，成為高精度橋傳感器應(yīng)用的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要充分考慮其技術(shù)參數(shù)和電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理配置寄存器，做好接地和布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題，又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。