溫度補償電子秤和RTD儀器等測量系統的設計人員可以使用新的單芯片A/D轉換器/模擬前端更有效地執行任務。AD7719具有Σ-Δ轉換器固有的高分辨率;為了提高吞吐量，包含兩個ADC（24位和16位分辨率），允許同時并行轉換兩個輸入變量，而沒有模擬多路復用方案固有的延遲。它采用信號斬波方法，提供具有穩定增益和最小失調的信號調理，并結合內置校準，無需在現場進行校準。它方便地包括一對匹配的電流源，以簡化傳感器激勵并提高使用電阻傳感器時的測量精度。其他有用的特性包括可關閉的電路和可在不使用轉換器或傳感器電源時用于節省功率的低邊開關，以及用于監視和控制外部設備的數字I/O端口。

AD7719是一款面向低頻測量應用的完整模擬前端，是ADI公司高分辨率、低帶寬、Σ-Δ轉換器系列的最新成員。它建立在從電子秤到便攜式儀器儀表、壓力、溫度和傳感器測量、智能變送器、液/氣相色譜和工業過程控制等應用中采用前幾代 Σ-Δ 轉換器所獲得的經驗之上。上述增強功能（見圖1）解決了此類高性能數據采集系統設計中經常出現的許多問題。

AD7719內置兩個獨立的高分辨率Σ-Δ型ADC。每個模數轉換均由具有可編程sinc的二階Σ-Δ調制器完成3濾波器。此外，它還提供可切換匹配的 200μA 激勵電流源、低側電源開關、數字 I/O 端口和溫度傳感器。24 位主通道帶有一個增益為 1 至 128 的可編程增益放大器 （PGA），可接受范圍高達 1.024×REFIN1 V 的全差分、單極性和雙極性輸入信號。基準輸入為差分輸入，可提供比率轉換。主模擬輸入通道可在內部緩沖，以提供非常高的輸入阻抗;這允許直接從傳感器施加輸入信號，而無需外部信號調理。16 位輔助通道無緩沖，輸入信號范圍為 REFIN2 或 REFIN2 的一半。

該器件采用 32，768Hz （32K） 晶體工作，板載 PLL 可生成所有必需的內部工作頻率。AD7719的輸出數據速率可通過軟件編程。這允許將數字濾波器凹槽放置在用戶定義的頻率下。例如，在 19.8 Hz 的編程更新速率下，可以同時實現 50 和 60 Hz 的抑制凹槽。

圖1.AD7719功能框圖

峰峰值分辨率取決于編程增益和輸出數據速率。該器件采用+3 V或+5 V單電源供電。采用+3 V電源供電時，兩個ADC連續使用時功耗為4.5 mW。適當時，可通過禁用一個或兩個ADC來降低功耗。AD7719采用節省空間的28引腳SOIC和TSSOP封裝。

信號處理鏈

ADC采用Σ-Δ轉換，可實現高達24位的無失碼性能。Σ-Δ調制器將采樣的輸入信號轉換為數字脈沖序列，其占空比包含數字信息。一箏3然后，可編程低通濾波器抽取調制器輸出數據流，以5.35 Hz（186.77 ms周期）至105.03 Hz（9.52 ms）的可編程輸出速率提供有效的數據轉換結果。采用斬波方案將ADC通道失調、增益和漂移誤差降至最低。主ADC輸入通道的框圖如圖2所示。輔助ADC的信號鏈與圖2類似，但省略了緩沖器和PGA模塊。

圖2.主ADC信號鏈。

調制器環路的采樣頻率比輸入信號的帶寬（過采樣）高很多倍。調制器中的積分器對量化噪聲（由模數轉換產生）進行整形，使噪聲集中在調制器頻率的一半附近。Σ-Δ調制器的輸出直接饋入數字濾波器，數字濾波器將響應限制在明顯低于調制器頻率二分之一的頻率。通過這種方式，比較器的1位輸出被轉換為來自ADC的帶限、低噪聲輸出。濾波器的截止頻率和抽取輸出數據速率可通過加載到濾波器寄存器的正弦濾波器（SF）控制字進行編程。

輸入斬波產生的交變數字輸出值在最終求和階段求和，以平均直流失調和低頻噪聲。濾波器的每個輸出字相加并與前一個濾波器輸出求平均值，以產生新的有效輸出結果，寫入ADC數據寄存器。由此產生的極低直流失調和失調及增益漂移規格在漂移、噪聲抑制和最佳EMI抑制非常重要的應用中非常有益。

除了降低量化噪聲外，數字濾波器在100和50 Hz（±60 Hz）時還提供1 dB的正常模式抑制，分別用于82和68的濾波器控制字設置。對于在50和60 Hz下都需要大量抑制的應用，濾波器在默認編程設置69（數據更新速率為19.8 Hz）時的響應具有接近兩個頻率的陷波，在100 Hz時抑制為>60 dB，在60 Hz時抑制>50 dB，如圖3所示。

圖3.濾波器配置文件顯示同時 50 Hz 和 60 Hz 抑制零，sinc3 濾波器控制字為 69。

典型應用

AD7719提供完整的模擬前端，用于使用溫度、壓力和其他傳感器實現低頻測量。例如，在電子秤應用中，除了電橋傳感器的主要變量外，還需要監測輔助變量（如溫度），以補償電橋特性隨溫度的變化。

傳統上，Σ-Δ型ADC使用前端集成多路復用器的單個轉換器來測量多個輸入變量。這意味著最終用戶必須在前端切換通道來測量輔助變量;因此，在切換輸入源時，測量速度會受到與數字濾波器相關的建立時間和延遲的影響。在Σ-Δ ADC使用二階調制器和三階數字濾波器的系統中，階躍輸入的輸出建立時間為數據速率的三倍，以便完全刷新與前一個通道相關的所有數據的數字濾波器。這會大大降低這些應用中可實現的系統吞吐量。

AD7719通過集成兩個獨立的ADC通道并聯轉換來克服這一問題。主變量和次變量同時轉換，兩個測量的輸出數據并行提供，從而避免了與多路復用數據采集系統相關的延遲。此外，片內電流源可用于激勵溫度傳感器，例如用于溫度監控的熱敏電阻或RTD。

在低功耗電池供電稱重系統中，第二個常見問題是待機模式下前端傳感器的不必要功耗。AD7719的片內低邊功率開關可以在低功耗模式下斷開傳感器的電源，從而節省大量功耗，從而解決這個問題。

秤應用的另一個問題涉及校準：何時以及多久進行一次？由于AD7719經過工廠校準，并且信號鏈在其實現過程中采用斬波方案，因此增益和失調漂移降至最小，因此無需在現場進行校準。當AD7719用于電子秤應用時，這是一個關鍵的性能優勢（圖4）。

在圖4電路中，主通道監視橋式傳感器，次通道通過熱敏電阻監視溫度。橋式傳感器的差分輸出端子（OUT+ 和 OUT–）連接到差分輸入端子 AIN1 和 AIN2。靈敏度為 3 mV/V 的典型電橋在用 15 V 激勵源激勵時將產生 5 mV 的額定滿量程輸出。電橋的激勵電壓可用于通過合適的電阻分壓器直接為ADC提供基準電壓源，從而利用輸入的整個動態范圍。由于這種實現是完全比率式的，因此激勵電壓的變化不會在系統中引入誤差。如圖所示，選擇電阻值20 kΩ和12 kΩ，當激勵電壓為1 V時，AD875的基準電壓為7719.5 V。當主通道設置為增益為128時，滿量程15 mV輸入范圍對應于傳感器的全輸出范圍。電子秤應用的一個關鍵要求是盡可能抑制交流電源頻率分量（50 Hz和60 Hz）。通過對AD50進行編程，輸出數據速率為60.7719 Hz，可以獲得19 Hz和8 Hz同步抑制。 AD13配置為增益為7719，更新速率為128.19 Hz，可實現8位峰峰值分辨率。通過降低更新速率或在控制器中執行額外的數字濾波，可以提高峰間分辨率。

溫度使用熱敏電阻和AD7719的次級通道測量。熱敏電阻是用半導體材料形成的高溫度系數電路元件，具有負溫度系數或正溫度系數（NTC或PTC）。NTC熱敏電阻的作用類似于電阻器，其溫度系數通常為–3%至–5%/°C。 熱敏電阻在許多應用中以具有競爭力的價格提供高穩定性、高精度、小尺寸和兼容性等優點。它們響應速度快，是目前靈敏度最高的溫度傳感器之一。圖4電路的工作溫度范圍由熱敏電阻的選擇決定。使用Betatherm的1K7A1熱敏電阻，在1°C時標稱電阻為25 kΩ，并使用200μA激勵電流源，工作溫度范圍為–26°C至+70°C。

在本應用中，激勵熱敏電阻的200 μA電流源也會為AD7719產生基準電壓。因此，激勵電流的變化不會影響性能，并且配置提供了完全的比例轉換。這些應用中最常見的接線布置是 4 線力/傳感配置，以減少引線電阻對系統性能的影響。雖然驅動線的引線電阻會改變共模電壓，但不會降低電路的性能。檢測線的引線電阻無關緊要，因為AD7719模擬輸入的高輸入阻抗導致這些導線中沒有電流流動。但是，基準設置電阻必須具有較低的溫度系數，以避免基準電壓隨溫度變化而產生誤差。將AD7719上的次級通道配置為19.8Hz更新速率，可以獲得16位峰峰值性能。

圖4.電子秤應用利用了AD7719的許多特性。

充分利用AD7719匹配電流源的另一個應用是使用3線RTD進行精密溫度測量，如圖5所示* 在三線制配置中，如果使用單個電流源，引線電阻會導致誤差，因為流經RL200和RL1的3 μA激勵電流 將在 RL1 上產生壓降，從而增加 RTD 電壓并導致 AIN1 和 AIN2 之間的誤差。

然而，在圖5所示的方案中，第二個電流源通過RL2提供相等且相反的補償電流IOUT2來消除該誤差，該電流在相反方向上產生相等的壓降。該電流增加IOUT1，并通過R3和任何共模電阻無害地流向地，產生共模電壓，該電壓被差分輸入抑制。

圖5.使用AD3進行7719線RTD測量。

該分析假設RL1和RL2相等，因為引線通常采用相同的材料且長度相等，并且電流總和產生的共模電壓在ADC的共模范圍內。如圖所示，IOUT1的電流還用于在7719.12 kΩ電阻兩端為AD5開發基準電壓源電壓，并施加于AD7719的差分基準電壓輸入端。該方案可確保模擬輸入電壓范圍與基準電壓保持成比例。由于RTD電流源的溫度漂移，模擬輸入電壓中的任何誤差都可以通過基準電壓的變化來補償。兩個RTD電流源的匹配度通常優于1%。任一電流源的電壓順從性均為AVDD– 0.6 V.

審核編輯：郭婷