使用MAX1464信号调理器在传感器中产生比例电流激励

max1464可轻松配置为传感器产生恒流激励,与电阻传感器应用的电源电压成比例。利用具有高温度系数 tcr 的传感元件的应用,例如压阻电桥、rtd 等,通常采用恒流激励来实现。本应用笔记建议采用简单的阻性网络,为传感器激励提供比率电流源。
使用具有高温度系数tcr的传感元件的应用,如压阻电桥、rtd等,通常通过恒流激励来实现。max1464可轻松配置为产生恒定电流,与电源电压成比例,适用于阻性传感器应用。本应用笔记建议使用一个简单的阻性网络来提供比率式电流源。为了减少外部元件,可以使用max1464内部的非专用运算放大器。
max1464为高度集成的可编程传感器信号调理器,具有两个输入/输出通道和16位分辨率,提供信号放大、校准、线性化和温度补偿。max1464支持模拟或数字输出选择,包括4–20ma、0.5v至4.5v比例和pwm。
当今的许多传感器应用都使用传感元件,例如压阻式传感器,具有非常高的电阻温度系数(tcr)和灵敏度(tcs)。这两个系数通常具有可比的值,但符号相反。为了最大限度地降低整体温度依赖性并提高传感元件的性能,传感元件通常以恒流驱动。max1464可配置为为这些应用产生恒定电流。图1显示了一个简单的电阻电路,该电路产生恒流ib,用于激励传感元件rb。适用于图1电路的公式如下。图2显示了vdd的4.5v至5.5v比例电流。
图1.恒流源电路,用于max1464应用。
图2.激励电流与vdd成比例。
选择图1中的电阻r1和r2值时,必须确保从vdd线路获取的电流(ir1)不会使电源过载,也不会损害vdd线路为max1464信号调理器供电的源极能力。
通过电阻r3的电流ir3等于v3/r3,该电流的唯一来源是op_amp lg。由于电压v2与r1和r2电阻的比例成正比,只要r1和r2具有相同的tcr,电压v2(以及v3,v2 = v3)将与环境温度无关。但是,由于r3的tcr,当前的ir3会随着温度而变化。由于ib = ir3,电压vb也会受到r3的tcr的影响。为了尽量减少r3对传感器温度性能的影响,必须使用tcr尽可能小的电阻。此外,由于传感器输入阻抗的tcr,vb也会随温度而变化。典型的压阻式换能器的tcr约为3000 ppm,占vb随温度变化的大部分。在max1464的典型应用中,这不是问题,因为所有温度误差将集中在一起,并通过补偿算法进行校正。
方程: ib = ir3 (1)  
vb = ib × rb (2)  
其中rb是传感器的输入阻抗
ir3 = v3/r3 (3)  
v3 = v2 = vdd × r2/(r2 + r1) (4)  
ir1 = vdd/(r1 + r2) (5)
选择应用参数时,选择激励电流ib,以便在所有温度条件下(vb+v3)
例:
当vdd=5v时,以下元件值将产生0.455ma电流用于传感器激励,并且当vdd范围为4.5v至5.5v时,与vdd保持比例:
r1 = 10.0kω;r2 = 1.0kω;r3 = 1.0kω
将这些值应用于方程,得到v2 = 0.455v和v3 = 0.455v。等式3和1显示电桥电流为ib = 0.455ma。公式5显示vdd电源不会过度负载ir1 = 0.455ma。此外,对于电桥阻抗为5kω的传感器,将产生vb = 2.27v的电桥电压。
在传感器应用中,传感器和信号调理器处于不同的温度,传感器桥电压vb可以连接到max1464输入通道之一,并用作传感器温度指示器,前提是电阻r3的tcr已知或可以忽略不计。
在下面建议的电路中,lg代表max1464输出通道之一的内部“大”运算放大器。在实际应用中,可以使用输出通道或外部运算放大器的未使用的“大”或“小”内部运算放大器。


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