电流源和用于校准的精密电阻器的电阻分压器拓扑

对于应变仪或热敏电阻等传感器，您必须使用由不完善的组件构建的电路准确且廉价地测量电阻，其中增益和偏移误差会显着限制欧姆测量的准确性。正确的电路拓扑结构可以在测量欧姆时消除大多数误差项，而精度仅由单个参考电阻器确定(图 1 )。

图 1 电阻分压器拓扑为电流源和用于校准的精密电阻器提供了一种成本更低的替代方案。

与测量电压或电流不同，测量无源属性(例如电阻)需要刺激。测量电阻的一种方法是迫使已知电流通过电阻器并测量电阻器两端的电压。以这种方式测量欧姆意味着，通过正确选择激励电流，您无需进行数学运算，因此当计算成本超过构建精确电流源的成本时，这种方法很受欢迎。但是，电流源的精度直接限制了读数的精度，并且测量响应电压的任何增益或偏移误差也会抵消精度。此外，测量范围仅限于 ADC 的信号范围，如下式所示：

随着功能更强大的微控制器和片上比率 ADC 的发展，电阻分压器模块架构(图 2 )提供了一种更便宜的方法：

图 2 使用两次测量和比率计算消除大部分增益和偏移误差。

这种架构具有从短路到开路的理论测量范围，但测量响应电压的任何失调误差都会限制实际范围;参考电阻限制了测量响应电压的整体精度以及任何增益和偏移误差。

参考电阻器的成本决定了参考电阻器引入的误差，您可以从参考电压 V REF推导出电源电压 V CC。比率 ADC 的增益误差通常很小，对整体误差的贡献不大，但偏移误差并非如此，它可能是影响整体精度的最大误差因素。使用更昂贵和更精确的组件可降低测量路径中任何运算放大器的偏移误差。

图 2 显示了如何显着消除增益和失调误差，其中减去两个测量电压可以消除测量系统中的任何失调误差：

这两个差值的比率消除了任何测量路径增益误差，让参考电阻来确定测量误差。只要测量信号从未超出 A/D 转换器的范围，此结果就有效。为保证此条件，请将检测缓冲器增益设置为略小于单位。

您还可以测量多个电阻器，其中所有检测路径复用到单个缓冲器和 A/D 转换器，八个模拟引脚可让您测量多达六个传感器(图 3 )。或者，您可以将四个检测路径中的每一个连接到其自己的缓冲器和转换器。

图 3 通过单个缓冲器和 A/D 转换器使用多路复用，扩展处理多个传感器和信号路径的想法。

如何 使用可编程模拟片上系统控制器实现图 2的电路。 它使用 ADCINC12 用户模块、可编程增益调整用户模块和两个模拟输出缓冲器。将 ADCINC12 的模拟模块放置在缓冲器正下方，并将 ADCINC12 的时钟设置为 167 kHz，采样率为 10 个样本/秒，以消除信号中的任何 50 或 60 Hz 干扰。如果应用程序需要更快的转换，请提高采样率。控制软件为C语言;该程序计算电阻读数并将其保留在全局存储位置。