AD7730/AD7730L：高精度橋接傳感器ADC的卓越之選

在電子工程師的設(shè)計(jì)工作中，選擇合適的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）對于實(shí)現(xiàn)精確測量至關(guān)重要。AD7730和AD7730L作為Analog Devices推出的兩款高性能橋接傳感器ADC，在稱重和壓力測量等領(lǐng)域展現(xiàn)出了強(qiáng)大的性能和廣泛的應(yīng)用前景。

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一、AD7730/AD7730L概述

1.1 關(guān)鍵特性

AD7730和AD7730L具有諸多令人矚目的關(guān)鍵特性。AD7730擁有230,000計(jì)數(shù)（峰 - 峰值）的分辨率，而AD7730L也有110,000計(jì)數(shù)（峰 - 峰值）的分辨率，能夠滿足高精度測量的需求。它們的偏移漂移和增益漂移都非常小，如AD7730的偏移漂移為5 nV/°C，增益漂移為2 ppm/°C；AD7730L的偏移漂移小于1 ppm/°C，增益漂移為3 ppm/°C，這使得它們在不同溫度環(huán)境下都能保持穩(wěn)定的性能。同時(shí)，它們的線頻率抑制能力大于150 dB，能有效減少外界干擾。

1.2 功能特點(diǎn)

這兩款芯片都具備緩沖差分輸入、可編程濾波器截止頻率等功能。它們還擁有雙通道可編程增益前端，可根據(jù)不同的輸入信號(hào)進(jìn)行靈活調(diào)整。片上DAC可用于去除偏移/皮重電壓，F(xiàn)ASTStep?模式能使芯片快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化，支持AC或DC激勵(lì)，并且可以單電源供電，大大簡化了設(shè)計(jì)。

1.3 應(yīng)用領(lǐng)域

主要應(yīng)用于稱重秤和壓力測量等領(lǐng)域。在稱重秤應(yīng)用中，能夠精確測量物體的重量；在壓力測量方面，可對各種壓力信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確采集和轉(zhuǎn)換。

二、芯片詳細(xì)解析

2.1 功能框圖

AD7730和AD7730L的功能框圖展示了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。它們包含了參考檢測、VBIAS、Sigma - Delta A/D轉(zhuǎn)換器、緩沖器、可編程數(shù)字濾波器、Sigma - Delta調(diào)制器、PGA、MUX等模塊。這些模塊協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了對輸入信號(hào)的精確處理和轉(zhuǎn)換。

2.2 模擬輸入

芯片具有兩個(gè)差分模擬輸入通道，可處理單極性或雙極性輸入信號(hào)。輸入信號(hào)經(jīng)過緩沖器后，進(jìn)入可編程增益放大器（PGA），PGA可處理四種單極性和四種雙極性輸入范圍。同時(shí)，片上的6位DAC可對輸入信號(hào)進(jìn)行偏移調(diào)整，確保輸入到PGA的信號(hào)范圍盡可能接近標(biāo)稱值。

2.3 參考輸入

參考輸入為差分輸入，共模范圍從AGND到AVDD。標(biāo)稱參考電壓可根據(jù)HIREF位設(shè)置為+2.5 V或+5 V。芯片還具備參考檢測功能，當(dāng)參考電壓低于0.3 V或輸入開路時(shí)，會(huì)設(shè)置NO REF位，確保轉(zhuǎn)換和校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。

2.4 數(shù)字濾波

數(shù)字濾波器由兩級(jí)組成。第一級(jí)是sinc3低通濾波器，其截止頻率和輸出速率可通過Filter寄存器的SF0 - SF11位進(jìn)行編程。第二級(jí)濾波器有三種工作模式：正常FIR模式、FASTStep模式和SKIP模式。不同模式適用于不同的應(yīng)用場景，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

2.5 校準(zhǔn)功能

芯片提供了多種校準(zhǔn)選項(xiàng)，包括內(nèi)部零刻度校準(zhǔn)、內(nèi)部滿刻度校準(zhǔn)、系統(tǒng)零刻度校準(zhǔn)和系統(tǒng)滿刻度校準(zhǔn)。校準(zhǔn)操作可通過Mode寄存器的MD2、MD1和MD0位進(jìn)行編程。校準(zhǔn)能夠有效去除芯片的偏移和增益誤差，提高測量的準(zhǔn)確性。

三、使用與配置

3.1 時(shí)鐘與振蕩器

芯片需要一個(gè)主時(shí)鐘輸入，可通過外部CMOS兼容時(shí)鐘信號(hào)或連接晶體振蕩器/陶瓷諧振器來提供。時(shí)鐘頻率會(huì)影響輸入采樣頻率、調(diào)制器采樣頻率、-3 dB頻率、輸出更新速率和校準(zhǔn)時(shí)間等參數(shù)。

3.2 系統(tǒng)同步

SYNC輸入可用于重置調(diào)制器和數(shù)字濾波器，實(shí)現(xiàn)多個(gè)芯片的同步操作。在多芯片系統(tǒng)中，通過同步操作可使各個(gè)芯片的輸出寄存器同時(shí)更新，提高系統(tǒng)的一致性。

3.3 單觸發(fā)轉(zhuǎn)換

SYNC輸入還可作為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令，使芯片以傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器的方式工作。也可通過向Mode寄存器的MD2、MD1、MD0位寫入0, 1, 0來啟動(dòng)單觸發(fā)轉(zhuǎn)換。

3.4 復(fù)位與待機(jī)

RESET輸入可將芯片的所有邏輯、數(shù)字濾波器和模擬調(diào)制器重置為默認(rèn)狀態(tài)。STANDBY輸入可使芯片進(jìn)入低功耗待機(jī)模式，在待機(jī)模式下，芯片保留所有寄存器的內(nèi)容，仍可讀取數(shù)據(jù)。

3.5 數(shù)字輸出

芯片具有兩個(gè)數(shù)字輸出引腳D0和D1，當(dāng)Mode寄存器的DEN位設(shè)置為1時(shí)，可通過Mode寄存器的D0和D1位對其進(jìn)行編程，為用戶提供了額外的數(shù)字控制功能。

3.6 串行接口

芯片的可編程功能通過串行接口進(jìn)行控制。訪問內(nèi)部寄存器需要先向Communications寄存器寫入數(shù)據(jù)，以確定后續(xù)操作是讀還是寫，以及操作的寄存器。讀寫操作的時(shí)序和控制方式在文檔中有詳細(xì)說明，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景進(jìn)行配置。

四、應(yīng)用案例

4.1 DC激勵(lì)橋應(yīng)用

在DC激勵(lì)橋應(yīng)用中，橋的激勵(lì)電壓為固定DC電壓。AD7730可直接將橋的輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其緩沖輸入允許連接必要的降噪電容。同時(shí)，芯片的ratiometric特性可有效消除激勵(lì)電壓變化的影響，提高測量的準(zhǔn)確性。在這種應(yīng)用中，建議將芯片設(shè)置為CHOP模式，以減少漂移的影響。

4.2 AC激勵(lì)橋應(yīng)用

AC激勵(lì)橋應(yīng)用可解決DC激勵(lì)應(yīng)用中熱電偶、偏移和漂移等問題。芯片通過ACX和ACX信號(hào)同步橋的激勵(lì)電壓切換，同時(shí)可通過Filter寄存器的DL位編程延遲，以解決信號(hào)切換后的 settling時(shí)間問題。

4.3 雙極性激勵(lì)橋應(yīng)用

對于需要處理雙極性激勵(lì)橋輸入的應(yīng)用，可通過外部電路對芯片的模擬和數(shù)字電源進(jìn)行適當(dāng)配置，同時(shí)生成合適的參考電壓。文檔中給出了具體的電路示例，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

五、總結(jié)

AD7730和AD7730L以其高精度、低漂移、靈活的配置和豐富的功能，為電子工程師在稱重和壓力測量等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的需求和場景，合理配置芯片的參數(shù)，注意時(shí)鐘、電源、接地和布局等方面的問題，以充分發(fā)揮芯片的性能。同時(shí)，通過正確的校準(zhǔn)操作，可進(jìn)一步提高測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。你在使用AD7730/AD7730L的過程中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。