Rodzina przetworników delta-sigma LTC2484 firmy Linear Technology uwalnia konstruktora od tych problemów, bo przez zsymetryzowanie prądów wejściowych, nie ma w tym przypadku konieczności dodatkowego kondycjonowania sygnału.
Na rysunku 1 pokazano przykładowy układ z przetwornikiem LTC2484 i termistorem o rezystancji nominalnej 100 kΩ. Cyfrowe wartości pomiarowe są udostępniane na wyjściu przetwornika za pomocą standardowego szeregowego interfejsu SPI, a prąd pobierany przez układ próbkujący zawarty w przetworniku może zostać oszacowany z zależności:
 |
Dla VREF równego 5 V i obu wejść przetwornika zwartych z masą prąd ten wynosi 1,67 µA.
Rysunek 2 pokazuje sposób podłączenia termistora do symetrycznego wejścia przetwornika, zapewniający minimalizację prądu płynącego przez wejście. Gdy rezystory odniesienia R1 i R4 są dokładnie takie same, prąd wejściowy także jest równy zero, więc przetwarzanie sygnału odbywa się bez błędu. Gdy oporniki te mają tolerancję 1%, maksymalny błąd pomiaru rezystancji termistora wynosi 1,6 Ω i jest on wynikiem przesunięcia poziomu napięcia niesymetrycznego na wejściu przetwornika.
Nadal jest to znacznie mniej niż 1% różnicy w wartości rezystorów, bo przecież wartość nominalna rezystancji termistora wynosi 100 kΩ. Jeśli zatem czujnik nie wymaga dodatkowego wzmacniacza kondycjonującego, jest to rozwiązanie idealne, bo proste i zapewniające bardzo mały pobór mocy zasilającej.
Rys. 1. Przetwornik LTC2484 |
Rys. 2. Sposób podłączenia termistora bezpośrednio do wejścia symetrycznego |
Rys. 3. Po dodaniu wzmacniacza buforującego, termistor pomiarowy może być na potencjale masy |
Wydaje się celowe, aby jeden biegun czujnika był na potencjale masy, co umożliwia redukcję zakłóceń i szumów w sytuacji, gdy jest on umieszczony z dala od przetwornika. W takiej sytuacji warto użyć kabla ekranowanego z oplotem dołączonym do masy. Niemniej bez dodatkowego układu buforującego dla podanego przykładu niejednakowe potencjały na wejściu różnicowym spowodowałyby błąd pomiaru rezystancji rzędu 3,5 kΩ w odniesieniu do pełnej skali przetwarzania, a to już jest dużo.
Rysunek 3 pokazuje sposób podłączenia do przetwornika LTC2484 niskomocowego wzmacniacza operacyjnego LT1494 o niewielkim paśmie przenoszenia. Ma on znakomite parametry stałoprądowe i pobiera ze źródła zasilania tylko 1,5 µA. Maksymalne napięcie offsetu wynosi 150 µV, a wzmocnienie w otwartej pętli wynosi 100 000.
Rys. 4. Płytka demo z układem LTC2484 |
Rys. 5. Oprogramowanie dla płytki demo z LTC2484 - pokazuje szum na wyjściu przetwornika o amplitudzie 600 nVRMS i mikrowoltowy offset |
Niemniej małe pasmo przenoszenia rzędu 2 kHz czyni całość niepraktyczną przy współpracy tego układu buforującego z klasycznym przetwornikiem delta-sigma. Dodanie na wyjściu dwójnika RC 1 kΩ-0,1 µF eliminuje tę wadę, bo równoległy kondensator tworzy magazyn ładunku, który zapewnia możliwość popłynięcia przez chwilę prądu do wejścia przetwornika niezbędnego do spróbkowania sygnału. Rezystor w tym układzie oddziela wzmacniacz operacyjny LT1494 od obciążenia pojemnościowego, jakim jest ten kondensator.
Opisanego sposobu podłączenia nie można wykorzystać ze zwykłymi przetwornikami delta-sigma, bo prąd pobierany przez układ próbkujący dla układów o podobnej charakterystyce, jaką ma LTC2484, powoduje powstanie napięcia offsetu około 1,4 mV i błędu pomiarowego 0,69 mV dla pełnej skali, w układzie pokazanym na rysunku 3. W LTC2484 wejście jest symetryczne, co pozwala na eliminację tych błędów pomiarowych przez umieszczenie drugiego identycznego filtru RC na wejściu IN- i tym samym na pełną symetryzację układu.
Mark Thoren
Linear Technology Corporation
Arrow Electronics Poland
www.arroweurope.com
