電路功能與優(yōu)勢
　　圖1所示電路是一個精密電子秤信號調(diào)理系統(tǒng),，它使用一個低功耗緩沖式24位Σ-Δ型ADC AD7791和兩個外部零漂移放大器ADA4528-1 ,。該解決方案支持單電源供電,，可提供高直流增益,。
　
　　前端使用超低噪聲,、低失調(diào)電壓,、低漂移放大器,，以便放大來自稱重傳感器的低電平信號,。對于滿量程輸出為10 mV的稱重傳感器,，該電路提供15.3位的無噪聲碼分辨率,。
　
　　利用本電路可以非常靈活地設(shè)計定制低電平信號調(diào)理前端，用戶可以輕松優(yōu)化傳感器-放大器-轉(zhuǎn)換器組合電路的整體傳遞函數(shù),。在9.5 Hz至120 Hz的完整輸出數(shù)據(jù)速率范圍內(nèi),，AD7791均能保持良好的性能，可用于以各種較低速度工作的電子秤應用,。

圖1. 采用AD7791的電子秤系統(tǒng)（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接） Weigh Scale System Using the AD7791 (Simplified Schematic, All Connections and Decoupling Not Shown) 

電路描述
　　圖2所示為實際的測試設(shè)置,。為進行測試，使用6線Tedea-Huntleigh 505H-0002-F070稱重傳感器,。
　
　　流經(jīng)PCB走線的電流會產(chǎn)生IR壓降,，走線較長時,，這種壓降可能達到數(shù)毫伏或更大，引起相當大的誤差,。室溫下,，1英寸長、0.005英寸寬的1盎司銅走線的電阻約為100 mΩ,。當負載電流為10 mA時,，該走線可能引起1 mV的誤差。
　
　　除激勵,、接地和兩個輸出連接外,，6線式稱重傳感器還有兩個檢測引腳。這些檢測引腳分別與惠斯登電橋的高端（激勵引腳）和低端（地引腳）相連,。盡管在線路電阻上存在一定的壓降,，但仍能精確測量該電橋上產(chǎn)生的電壓。此外,，AD7791接受差分模擬輸入和差分基準電壓,。這兩個檢測引腳與AD7791基準電壓輸入端相連，構(gòu)成一個比率式配置,，不受電源激勵電壓的低頻變化影響,。因為是比率式連接，所以無需精密基準電壓源,。
　
　　與6線式稱重傳感器不同,，4線式稱重傳感器不具有檢測引腳，ADC差分基準電壓引腳與激勵電壓和地直接相連,。采用這種連接時,，由于有線路電阻，ADC的激勵引腳與基準電壓引腳之間存在壓差,。另外,，低端（地）上也會有線路電阻引起的壓差。這樣,，系統(tǒng)將不完全是比率式,。
　
　　當激勵電壓為5 V時，Tedea-Huntleigh 2 kg稱重傳感器的靈敏度為2 mV/V,，滿量程輸出為10 mV,。稱重傳感器也具有相關(guān)的失調(diào)電壓或TARE。此外,，稱重傳感器還具有增益誤差,。一些客戶利用DAC來消除或抵消TARE。當AD7791采用5 V基準電壓時,，差分模擬輸入范圍等于±5 V或10 V p-p,。圖1所示電路將稱重傳感器輸出放大375 (1 + 2R1/RG)倍,，因此以稱重傳感器輸出為基準的滿量程輸入范圍為10 V/375 = 27 mV p-p。相對于稱重傳感器的10 mV p-p滿量程信號,，AD7791的模擬輸入范圍較寬,，這有利于確保稱重傳感器的失調(diào)電壓和增益誤差不會使ADC前端過載。
　
　　來自稱重傳感器的低電平幅度信號由兩個零漂移放大器ADA4528-1放大,。顧名思義,，零漂移放大器的失調(diào)電壓漂移接近為0。放大器連續(xù)自行校正任何直流誤差,，盡可能保持精確,。除了低失調(diào)電壓和漂移外，零漂移放大器也沒有1/f噪聲,，這一重要特性有助于電子秤在直流或低頻時進行精確測量,。
　
　　兩個運算放大器ADA4528-1配置為三運放儀表放大器的第一級。第三個運算放大器連接為差動放大器,，一般用于第二級,，但在圖1所示電路中，AD7791的差分輸入端執(zhí)行此功能,。
　
　　增益等于1 + 2R1/RG,。電容C1和C2置于運算放大器的反饋環(huán)路中，與R1和R2一起形成4.3 Hz截止頻率的低通濾波器,，用于限制進入Σ-Δ型ADC的噪聲量。C5與R3和R4一起形成一個截止頻率為8 Hz的差分濾波器,，用以進一步限制噪聲,。C3和C4與R3和R4一起形成截止頻率為159 Hz的共模濾波器。
　
　　低噪聲調(diào)節(jié)器ADP3301為AD7791,、ADA4528-1和稱重傳感器供電,。除了去耦電容外，按照 ADP3301 數(shù)據(jù)手冊的建議,，在調(diào)節(jié)器輸出端配有降噪電容,。調(diào)節(jié)器必須為低噪聲型，因為電源或地層的任何噪聲都會在系統(tǒng)中引起噪聲,，導致電路性能下降,。

圖2. 采用AD7791的電子秤系統(tǒng)設(shè)置 

　　24位Σ-Δ型ADC AD7791轉(zhuǎn)換來自稱重傳感器的經(jīng)放大的信號。AD7791配置為緩沖工作模式,，以適應模擬輸入引腳上的R-C濾波器網(wǎng)絡(luò)的阻抗,。
　
　　圖3顯示AD7791在不同輸出數(shù)據(jù)速率下的均方根噪聲。此圖顯示,，均方根噪聲隨著輸出數(shù)據(jù)速率增加而增加,。不過,，在整個輸出數(shù)據(jù)速率范圍內(nèi)，該器件均能保持良好的噪聲性能,。

圖3. AD7791在不同輸出數(shù)據(jù)速率下的均方根噪聲,，采用2.5 V基準電壓（5 V p-p輸入范圍），緩沖器開啟 

在9.5 Hz輸出數(shù)據(jù)速率和2.5 V基準電壓下,，AD7791的均方根噪聲為1.1 μV,，因而無噪聲碼數(shù)為
　　
　　其中系數(shù)6.6用來將均方根電壓轉(zhuǎn)換為峰峰值電壓。
　
　　因此,，相應的無噪聲碼分辨率等于：
　
　　

　　注意,，這是AD7791在不連接稱重傳感器或輸入放大器情況下的性能。
　　
　　圖1所示電路使用5 V基準電壓,，峰峰值輸入范圍為10 V,，因此LSB等于：具有5.9 nV/√Hz的電壓噪聲密度，因此,，輸入放大器和電阻會增加系統(tǒng)的噪聲,。此外，稱重傳感器本身也會增加噪聲,。
　
　　圖1所示電路使用5 V基準電壓,，峰峰值輸入范圍為10 V，因此LSB等于：
　
　　

　　來自稱重傳感器的10 mV p-p滿量程信號在ADC中產(chǎn)生3.75 V p-p信號,，約為ADC量程的38%,。
　
　　在連接稱重傳感器（無負載）的情況下，獲取7個樣本集,，每個樣本集包含500個樣本,。計算每個樣本集的峰峰值代碼分布，然后求平均值以產(chǎn)生159個采樣點的代碼分布,?；贏DC的3.75 V p-p滿量程輸入，這相當于159 × 0.596 μV = 94.8 μV p-p噪聲,。
　
　　因此,，無噪聲采樣數(shù)等于：
　
　　

　　整體系統(tǒng)的相應無噪聲碼分辨率等于：
　
　　

圖4. 500次采樣所測得的輸出碼,，體現(xiàn)出噪聲的影響 

 　　

圖5. 500次采樣所測得的直方圖,，體現(xiàn)出噪聲的影響