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利用MAX1464信号调节器在传感器中创建比率电流激励

来源:analog 发布时间:2023-09-13

摘要: 传感器的恒流激励可以通过MAX1464传感器信号调理来实现。MAX1464对传感器信号进行放大和温度补偿,使其达到高水平,适用于工业、汽车和科学应用

MAX1464可以很容易地配置为传感器产生恒定电流激励,该激励与电阻式传感器应用的电源电压成比例。利用高温系数传感元件、TCR(如压阻桥、rtd等)的应用通常采用恒流激励。本应用说明提出了一种简单的电阻网络,可以实现为传感器激励提供比率电流源。

使用高温系数传感元件的应用,TCR,如压阻桥,rtd等,通常采用恒流激励。MAX1464可以很容易地配置为产生恒定电流,与电源电压成比例,用于电阻式换能器应用。本应用笔记建议使用一个简单的电阻网络来提供比率电流源。为了减少外部元件,可以使用MAX1464内部的未指定运放。

MAX1464是一款高度集成的可编程传感器信号调节器,具有两个输入/输出通道和16位分辨率,可提供信号放大、校准、线性化和温度补偿。MAX1464支持多种数字输出,包括4-20mA,比率0.5V至4.5V和PWM。

今天的许多传感器应用使用传感元件,如压阻传感器,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较的值,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,传感元件通常采用恒流驱动。MAX1464可以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,它产生恒定电流IB来激励传感元件RB。适用于图1中电路的方程如下所示。图2显示了VDD在4.5V到5.5V范围内的比率电流。


图1所示 用于MAX1464应用的恒流源电路


图2 励磁电流与VDD成比例。

图1中电阻R1和R2的值必须选择,这样从VDD线提取的电流(IR1)不会使电源过载,也不会损害VDD线为MAX1464信号调节器供电的供电能力。

电流IR3,通过电阻R3,等于V3/R3,这个电流的唯一来源是op_amp LG。因此,IB = IR3。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(因此V3, V2=V3)将与环境温度无关。但是,由于R3的TCR,当前的IR3会随着温度的变化而变化。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。另外,由于换能器输入阻抗的TCR, VB也会随温度变化。典型的压阻式换能器的TCR约为3000 PPM,这是温度下VB变化的主要原因。在MAX1464的典型应用中,这将不是一个问题,因为所有温度误差将集中在一起,并将通过补偿算法进行纠正。

方程:

Ib = ir3
Vb = ib × rb

其中RB是换能器的输入阻抗

Ir3 = v3 / r3
V3 = v2 = VDD × r2 /(r2 + r1)
Ir1 = vdd /(r1 + r2)

在选择应用参数时,选择励磁电流IB,使(VB+V3)<VDD在所有温度条件下。如图1所示,加入电容C1来滤除传感器激励信号上的噪声。在信号噪声在可接受范围内的应用中,不需要C1。

例子:

当VDD=5V时,以下分量值将产生0.455mA的电流用于传感器激励,当VDD在4.5V至5.5V之间时,该分量值与VDD保持比例关系:

R1 = 10.0k欧姆;R2 = 1.0k欧姆;R3 = 1.0k欧姆

将这些值应用于方程得到V2 = 0.455V和V3 = 0.455V。公式3和1显示电桥电流为IB = 0.455mA。公式5显示了VDD电源在IR1 = 0.455mA时没有过度负载。对于桥阻抗为5k欧姆的换能器,产生的桥电压为VB = 2.27V。

在传感器应用中,换能器和信号调节器处于不同的温度,换能器桥电压VB可以连接到MAX1464输入通道之一,并在电阻R3的TCR已知或可忽略的情况下用作传感器温度指示器。

在下面的建议电路中,LG表示MAX1464输出通道中的任何一个的内部“大”运放。在实际应用中,可以使用输出通道或外部运放的未使用的“大”或“小”内部运放。

参考电路

MAX1464数据表



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