CN102904575A - Adc前端电路及利用其测量电阻的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及模拟电路技术领域，公开了一种ADC前端电路，包括待测量的电阻式传感器RX、已知的电阻R0以及模数转换器ADC，所述电阻式传感器RX的两端连接ADC的输入端，所述电阻R0的两端连接所述ADC的参考端。本发明还提供了已知利用该ADC前端电路测量电阻的方法。由于本发明的电路中，电阻式传感器的电阻仅与其中一个已知电阻的精度相关，而与其它因素均无关，因此，电阻值的测量误差小，精度高，从而使得从电阻式传感器输出的模拟值转化到ADC输出的数字量的过程中，所造成的失真很小。

Description

ADC前端电路及利用其测量电阻的方法
技术领域
本发明涉及模拟电路技术领域，特别是涉及一种ADC前端电路及利用其测量电阻的方法。
背景技术
电阻式传感器在工业、医疗、军事及科学研究领域都占有着极其重要的地位，以传感类型划分，该类传感器所占市场比例也是最大的；此外，由于近年计算机技术的发展，由传感器获知的信量，极有必要进行数字化以进行更高级别的处理，因此，从传感量（例如电阻值）到数字量的最小失真化转换方法，是模—数***的重中之重。然而，在ADC集成化解决方案十分成熟的今天，不同***间因ADC选型和ADC电路设计不同而造成的个体间误差几乎可以忽略，于是，从传感器到ADC间的模拟前端设计，就成了可以大幅提升电路质量的最有效的途径。
针对该类传感器的电量变换电路，目前有两种主要设计方法：桥式电路法和恒流源电路法。桥式电路法的主要缺点是电路复杂，必须采用仪用放大器做模拟减法，涉及较多的分立元件，尤其掺杂电阻的匹配问题，易引入误差，尤其在传感器与前端电路空间距离远、引线较长的情况下，会其电路本质特性的非差分构成性，造成无法避免的干扰，从而影响了该类电路所能达到的最高精度；而恒流源法，则因其电路本质特性的差分构成性，杜绝了上述的致命弱点，然而，随着要求精度的提高，其对稳恒电流稳恒度的要求大幅上升，不但会迫使成本大幅增加，并且在精度极高时，会因器件的热扰动性而无法达到理想稳态。此外，两类电路还有一个通病，即传感端变换电量（传感电信号）与参比量（参考电量）是两个独立运行、毫无关联的量，二者有自己的固有误差特性，在极端情况下，其误差特性有可能是背离的（即一个上偏，同时一个下偏），能够导致最终误差的极端化。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何使得将模拟量转化到数字量的过程中所造成的失真减小。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种ADC前端电路，包括待测量的电阻式传感器RX、已知的电阻R0以及模数转换器ADC，所述电阻式传感器RX的两端连接ADC的输入端，所述电阻R0的两端连接所述ADC的参考端。
优选地，所述ADC为差分ADC，且所述电阻式传感器RX的两端分别连接差分ADC的同相输入端和反相输入端，所述电阻R0的两端分别连接差分ADC的同相参考端和反相参考端。
优选地，所述ADC为非差分ADC，且所述电阻式传感器RX的两端通过第一全差分放大器连接所述非差分ADC的输入端，所述电阻R0的两端通过第二全差分放大器连接所述非差分ADC的参考端，且所述第一全差分放大器和第二全差分放大器均工作在非放大模式。
优选地，所述电阻式传感器RX的两端分别连接所述第一全差分放大器的同相输入端和反相输入端，所述第一全差分放大器的同相输出端连接所述非差分ADC的输入端，所述第一全差分放大器的反相输出端接地；而且，所述电阻R0的两端分别连接所述第二全差分放大器的同相输入端和反相输入端，所述第二全差分放大器的同相输出端连接所述非差分ADC的参考端，所述第二全差分放大器的反相输出端接地。
优选地，所述电阻式传感器RX为压力传感器。
本发明还提供了一种利用所述的ADC前端电路测量电阻的方法，包括以下步骤：
S1、测量差分ADC或者非差分ADC所采集到的数据ADCvalue；
S2、按照以下公式计算所述电阻式传感器RX的传感量rx：
rx=ADCvalue*r0/ADCmax
其中，ADCmax是与差分ADC或者非差分ADC的分辨率相关的常数，r0是电阻R0的电阻值。
优选地，ADCmax=2K-1，其中，K表示差分ADC或者非差分ADC的分辨率。
优选地，r0大于电阻式传感器RX的测量量程所对应的电阻值。
（三）有益效果
上述技术方案具有如下优点：由于本发明的电路中，电阻式传感器的电阻仅与其中一个已知电阻的精度相关，而与其它因素均无关，因此，电阻值的测量误差小，精度高，从而使得从电阻式传感器输出的模拟值转化到ADC输出的数字量的过程中，所造成的失真很小。
附图说明
图1是本发明实施例一的电路图；
图2是本发明实施例二的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例一提供一种ADC前端电路，包括待测量的电阻式传感器RX、已知的电阻R0以及差分ADC，且所述电阻式传感器RX的两端分别连接差分ADC的同相输入端IN+和反相输入端IN-，所述电阻R0的两端分别连接差分ADC的同相参考端REF+和反相参考端REF-。
所述电阻式传感器RX可以为压力传感器。
由于本实施例一的电路中，仅包含电阻式传感器RX、已知的电阻R0以及差分AD，而RX的传感量仅与R0的精度相关，而与其它因素无关，因此，使用本实施例一的电路可以使得将模拟量（电阻式传感器的传感量，也就是电阻式传感器输出的电阻值）转化到数字量（通过ADC转换得到）的过程中，所造成的失真最小化。
实施例二
如图2所示，本发明实施例二提供一种ADC前端电路，包括待测量的电阻式传感器RX、已知的电阻R0以及非差分ADC，电阻式传感器RX的两端分别连接所述第一全差分放大器的同相输入端和反相输入端，所述第一全差分放大器的同相输出端连接所述非差分ADC的输入端Vin，所述第一全差分放大器的反相输出端接地；而且，所述电阻R0的两端分别连接所述第二全差分放大器的同相输入端和反相输入端，所述第二全差分放大器的同相输出端连接所述非差分ADC的参考端Vref，所述第二全差分放大器的反相输出端接地，且所述第一全差分放大器和第二全差分放大器均工作在非放大模式，即1:1模式。
由于本实施例中使用的是非差分ADC，所以需要加上全差分放大器将传感器和已知电阻的差分输入值转化为非差分输入值，输入到非差分ADC。
所述电阻式传感器RX可以为压力传感器。
使用本实施例二的电路可以使得将模拟量（电阻式传感器的传感量，也就是电阻式传感器输出的电阻值）转化到数字量（通过ADC转换得到）的过程中，所造成的失真很小。
实施例三
本发明提供了一种利用实施例一或者实施例二所述的ADC前端电路测量电阻的方法，包括以下步骤：
S1、测量差分ADC或者非差分ADC所采集到的数据ADCvalue，通常为电压值；
S2、按照以下公式计算所述电阻式传感器RX的传感量rx：
rx=ADCvalue*r0/ADCmax                        （1）
其中，ADCmax是与差分ADC或者非差分ADC的分辨率相关的常数，r0是电阻R0的电阻值，大于电阻式传感器RX的测量量程所对应的电阻，例如，对于压力传感器而言，其测量量程为0~120Pa，其所对应的传感量（电阻值）为10~79欧姆，此时，r0。必须要大于79欧姆。
ADCmax=2K-1，其中，K表示差分ADC或者非差分ADC的分辨率，例如ADC所能采集到的最大电压值。
由式（1）可以看出，该方法的测量误差仅与R0的精度（例如由于制造工艺所产生的误差）相关，而与其它因素，如电压、电流稳恒度等均无关，需要说明的是，ADC本身的精度不在本发明考虑的范围之内。且实验结果表明，图1和图2的电路具备很小的测量误差，甚至在直接使用数字共用电源作为图1、图2中Vcc的实验中，其精度也几乎没有受到影响。对于图2的电路，虽然由于全差分放大器的影响较之直接使用差分ADC有误差，但因该电路仅要求全差分放大器工作在1：1模式，与现有桥式电路相比，由于桥式电路有由于电阻匹配引入的额外误差，因此，其测量精度也比桥式电路高得多，测量误差也小得多。而也正是由于测量误差小，精度高，使用本实施例一、二的电路可以使得将模拟量（电阻式传感器的传感量，也就是电阻式传感器输出的电阻值）转化到数字量（通过ADC转换得到）的过程中，所造成的失真最小化。
由以上实施例可以看出，由于本发明的电路中，电阻式传感器的电阻仅与其中一个已知电阻的精度相关，而与其它因素均无关，因此，电阻值的测量误差小，精度高，从而使得从电阻式传感器输出的模拟值转化到ADC输出的数字量的过程中，所造成的失真很小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种ADC前端电路，其特征在于，包括待测量的电阻式传感器RX、已知的电阻R0以及模数转换器ADC，所述电阻式传感器RX的两端连接ADC的输入端，所述电阻R0的两端连接所述ADC的参考端。
2.如权利要求1所述的ADC前端电路，其特征在于，所述ADC为差分ADC，且所述电阻式传感器RX的两端分别连接差分ADC的同相输入端和反相输入端，所述电阻R0的两端分别连接差分ADC的同相参考端和反相参考端。
3.如权利要求1所述的ADC前端电路，其特征在于，所述ADC为非差分ADC，且所述电阻式传感器RX的两端通过第一全差分放大器连接所述非差分ADC的输入端，所述电阻R0的两端通过第二全差分放大器连接所述非差分ADC的参考端，且所述第一全差分放大器和第二全差分放大器均工作在非放大模式。
4.如权利要求3所述的ADC前端电路，其特征在于，所述电阻式传感器RX的两端分别连接所述第一全差分放大器的同相输入端和反相输入端，所述第一全差分放大器的同相输出端连接所述非差分ADC的输入端，所述第一全差分放大器的反相输出端接地；而且，所述电阻R0的两端分别连接所述第二全差分放大器的同相输入端和反相输入端，所述第二全差分放大器的同相输出端连接所述非差分ADC的参考端，所述第二全差分放大器的反相输出端接地。
5.如权利要求2~4中任一项所述的ADC前端电路，其特征在于，所述电阻式传感器RX为压力传感器。
6.一种利用权利要求2~5中任一项所述的ADC前端电路测量电阻的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、测量差分ADC或者非差分ADC所采集到的数据ADCvalue；
S2、按照以下公式计算所述电阻式传感器RX的传感量rx：
rx=ADCvalue*r0/ADCmax
其中，ADCmax是与差分ADC或者非差分ADC的分辨率相关的常数，r0是电阻R0的电阻值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，ADCmax=2K-1，其中，K表示差分ADC或者非差分ADC的分辨率。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，r0大于电阻式传感器RX的测量量程所对应的电阻值。
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