專利名稱：Adc前端電路及利用其測量電阻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬電路技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種ADC前端電路及利用其測量電阻的方法。
背景技術(shù)：
電阻式傳感器在工業(yè)、醫(yī)療、軍事及科學(xué)研究領(lǐng)域都占有著極其重要的地位，以傳感類型劃分，該類傳感器所占市場比例也是最大的；此外，由于近年計算機技術(shù)的發(fā)展，由傳感器獲知的信量，極有必要進行數(shù)字化以進行更高級別的處理，因此，從傳感量(例如電阻值)到數(shù)字量的最小失真化轉(zhuǎn)換方法，是模一數(shù)系統(tǒng)的重中之重。然而，在ADC集成化解決方案十分成熟的今天，不同系統(tǒng)間因ADC選型和ADC電路設(shè)計不同而造成的個體間誤差幾乎可以忽略，于是，從傳感器到ADC間的模擬前端設(shè)計，就成了可以大幅提升電路質(zhì)量的 最有效的途徑。針對該類傳感器的電量變換電路，目前有兩種主要設(shè)計方法橋式電路法和恒流源電路法。橋式電路法的主要缺點是電路復(fù)雜，必須采用儀用放大器做模擬減法，涉及較多的分立元件，尤其摻雜電阻的匹配問題，易引入誤差，尤其在傳感器與前端電路空間距離遠(yuǎn)、引線較長的情況下，會其電路本質(zhì)特性的非差分構(gòu)成性，造成無法避免的干擾，從而影響了該類電路所能達到的最高精度；而恒流源法，則因其電路本質(zhì)特性的差分構(gòu)成性，杜絕了上述的致命弱點，然而，隨著要求精度的提高，其對穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒度的要求大幅上升，不但會迫使成本大幅增加，并且在精度極高時，會因器件的熱擾動性而無法達到理想穩(wěn)態(tài)。此外，兩類電路還有一個通病，即傳感端變換電量(傳感電信號)與參比量(參考電量)是兩個獨立運行、毫無關(guān)聯(lián)的量，二者有自己的固有誤差特性，在極端情況下，其誤差特性有可能是背離的(即一個上偏，同時一個下偏)，能夠?qū)е伦罱K誤差的極端化。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何使得將模擬量轉(zhuǎn)化到數(shù)字量的過程中所造成的失真減小。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種ADC前端電路，包括待測量的電阻式傳感器Rx、已知的電阻Rtl以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，所述電阻式傳感器Rx的兩端連接ADC的輸入端，所述電阻Rtl的兩端連接所述ADC的參考端。優(yōu)選地，所述ADC為差分ADC，且所述電阻式傳感器Rx的兩端分別連接差分ADC的同相輸入端和反相輸入端，所述電阻Rtl的兩端分別連接差分ADC的同相參考端和反相參考端。優(yōu)選地，所述ADC為非差分ADC，且所述電阻式傳感器Rx的兩端通過第一全差分放大器連接所述非差分ADC的輸入端，所述電阻Rtl的兩端通過第二全差分放大器連接所述非差分ADC的參考端，且所述第一全差分放大器和第二全差分放大器均工作在非放大模式。優(yōu)選地，所述電阻式傳感器Rx的兩端分別連接所述第一全差分放大器的同相輸入端和反相輸入端，所述第一全差分放大器的同相輸出端連接所述非差分ADC的輸入端，所述第一全差分放大器的反相輸出端接地；而且，所述電阻Rtl的兩端分別連接所述第二全差分放大器的同相輸入端和反相輸入端，所述第二全差分放大器的同相輸出端連接所述非差分ADC的參考端，所述第二全差分放大器的反相輸出端接地。
優(yōu)選地，所述電阻式傳感器Rx為壓力傳感器。本發(fā)明還提供了一種利用所述的ADC前端電路測量電阻的方法，包括以下步驟SI、測量差分ADC或者非差分ADC所采集到的數(shù)據(jù)ADCvalue ；S2、按照以下公式計算所述電阻式傳感器Rx的傳感量rx rx=ADCvalue*r0/ADCmax其中，ADCniax是與差分ADC或者非差分ADC的分辨率相關(guān)的常數(shù)，rQ是電阻Rtl的電阻值。優(yōu)選地，ADCmax=2K_l，其中，K表示差分ADC或者非差分ADC的分辨率。優(yōu)選地，r0大于電阻式傳感器Rx的測量量程所對應(yīng)的電阻值。(三)有益效果上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點由于本發(fā)明的電路中，電阻式傳感器的電阻僅與其中一個已知電阻的精度相關(guān)，而與其它因素均無關(guān)，因此，電阻值的測量誤差小，精度高，從而使得從電阻式傳感器輸出的模擬值轉(zhuǎn)化到ADC輸出的數(shù)字量的過程中，所造成的失真很小。


圖I是本發(fā)明實施例一的電路圖；圖2是本發(fā)明實施例二的電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例一如圖I所示，本發(fā)明實施例一提供一種ADC前端電路，包括待測量的電阻式傳感器Rx、已知的電阻Rtl以及差分ADC，且所述電阻式傳感器Rx的兩端分別連接差分ADC的同相輸入端IN+和反相輸入端IN-，所述電阻Rtl的兩端分別連接差分ADC的同相參考端REF+和反相參考端REF-。所述電阻式傳感器Rx可以為壓力傳感器。由于本實施例一的電路中，僅包含電阻式傳感器Rx、已知的電阻Rtl以及差分AD，而Rx的傳感量僅與Rtl的精度相關(guān)，而與其它因素?zé)o關(guān)，因此，使用本實施例一的電路可以使得將模擬量(電阻式傳感器的傳感量，也就是電阻式傳感器輸出的電阻值)轉(zhuǎn)化到數(shù)字量(通過ADC轉(zhuǎn)換得到)的過程中，所造成的失真最小化。實施例二
如圖2所示，本發(fā)明實施例二提供一種ADC前端電路，包括待測量的電阻式傳感器Rx、已知的電阻Rtl以及非差分ADC，電阻式傳感器Rx的兩端分別連接所述第一全差分放大器的同相輸入端和反相輸入端，所述第一全差分放大器的同相輸出端連接所述非差分ADC的輸入端Vin，所述第一全差分放大器的反相輸出端接地；而且，所述電阻Rtl的兩端分別連接所述第二全差分放大器的同相輸入端和反相輸入端，所述第二全差分放大器的同相輸出端連接所述非差分ADC的參考端Vref，所述第二全差分放大器的反相輸出端接地，且所述第一全差分放大器和第二全差分放大器均工作在非放大模式，即1:1模式。由于本實施例中使用的是非差分ADC，所以需要加上全差分放大器將傳感器和已知電阻的差分輸入值轉(zhuǎn)化為非差分輸入值，輸入到非差分ADC。所述電阻式傳感器Rx可以為壓力傳感器。使用本實施例二的電路可以使得將模擬量(電阻式傳感器的傳感量，也就是電阻式傳感器輸出的電阻值)轉(zhuǎn)化到數(shù)字量(通過ADC轉(zhuǎn)換得到)的過程中，所造成的失真很小。
實施例三本發(fā)明提供了一種利用實施例一或者實施例二所述的ADC前端電路測量電阻的方法，包括以下步驟SI、測量差分ADC或者非差分ADC所采集到的數(shù)據(jù)ADCvalue,通常為電壓值；S2、按照以下公式計算所述電阻式傳感器Rx的傳感量rx rx=ADCvalue*r0/ADCfflax(I)其中，ADCmax是與差分ADC或者非差分ADC的分辨率相關(guān)的常數(shù)，r0是電阻Rtl的電阻值，大于電阻式傳感器Rx的測量量程所對應(yīng)的電阻，例如，對于壓力傳感器而言，其測量量程為(Tl20Pa，其所對應(yīng)的傳感量(電阻值)為1(Γ79歐姆，此時，Γ(ι。必須要大于79歐姆。ADCmax=2K-l，其中，K表示差分ADC或者非差分ADC的分辨率，例如ADC所能采集到的最大電壓值。由式(I)可以看出，該方法的測量誤差僅與Rtl的精度(例如由于制造工藝所產(chǎn)生的誤差)相關(guān)，而與其它因素，如電壓、電流穩(wěn)恒度等均無關(guān)，需要說明的是，ADC本身的精度不在本發(fā)明考慮的范圍之內(nèi)。且實驗結(jié)果表明，圖I和圖2的電路具備很小的測量誤差，甚至在直接使用數(shù)字共用電源作為圖I、圖2中Vcc的實驗中，其精度也幾乎沒有受到影響。對于圖2的電路，雖然由于全差分放大器的影響較之直接使用差分ADC有誤差，但因該電路僅要求全差分放大器工作在I :1模式，與現(xiàn)有橋式電路相比，由于橋式電路有由于電阻匹配引入的額外誤差，因此，其測量精度也比橋式電路高得多，測量誤差也小得多。而也正是由于測量誤差小，精度高，使用本實施例一、二的電路可以使得將模擬量(電阻式傳感器的傳感量，也就是電阻式傳感器輸出的電阻值)轉(zhuǎn)化到數(shù)字量(通過ADC轉(zhuǎn)換得到)的過程中，所造成的失真最小化。由以上實施例可以看出，由于本發(fā)明的電路中，電阻式傳感器的電阻僅與其中一個已知電阻的精度相關(guān)，而與其它因素均無關(guān)，因此，電阻值的測量誤差小，精度高，從而使得從電阻式傳感器輸出的模擬值轉(zhuǎn)化到ADC輸出的數(shù)字量的過程中，所造成的失真很小。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護 范圍。
權(quán)利要求
1.一種ADC前端電路，其特征在于，包括待測量的電阻式傳感器Rx、已知的電阻Rtl以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，所述電阻式傳感器Rx的兩端連接ADC的輸入端，所述電阻Rtl的兩端連接所述ADC的參考端。
2.如權(quán)利要求I所述的ADC前端電路，其特征在于，所述ADC為差分ADC，且所述電阻式傳感器Rx的兩端分別連接差分ADC的同相輸入端和反相輸入端，所述電阻Rtl的兩端分別 連接差分ADC的同相參考端和反相參考端。
3.如權(quán)利要求I所述的ADC前端電路，其特征在于，所述ADC為非差分ADC，且所述電阻式傳感器Rx的兩端通過第一全差分放大器連接所述非差分ADC的輸入端，所述電阻Rtl的兩端通過第二全差分放大器連接所述非差分ADC的參考端，且所述第一全差分放大器和第二全差分放大器均工作在非放大模式。
4.如權(quán)利要求3所述的ADC前端電路，其特征在于，所述電阻式傳感器Rx的兩端分別連接所述第一全差分放大器的同相輸入端和反相輸入端，所述第一全差分放大器的同相輸出端連接所述非差分ADC的輸入端，所述第一全差分放大器的反相輸出端接地；而且，所述電阻Rtl的兩端分別連接所述第二全差分放大器的同相輸入端和反相輸入端，所述第二全差分放大器的同相輸出端連接所述非差分ADC的參考端，所述第二全差分放大器的反相輸出端接地。
5.如權(quán)利要求2 4中任一項所述的ADC前端電路，其特征在于，所述電阻式傳感器Rx為壓力傳感器。
6.一種利用權(quán)利要求2飛中任一項所述的ADC前端電路測量電阻的方法，其特征在于，包括以下步驟 51、測量差分ADC或者非差分ADC所采集到的數(shù)據(jù)ADCvalue； 52、按照以下公式計算所述電阻式傳感器Rx的傳感量rxrx=ADCvalue*r0/ADCmax 其中，ADCmax是與差分ADC或者非差分ADC的分辨率相關(guān)的常數(shù)，^是電阻Rtl的電阻值。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，ADCmax=2K-l，其中，K表示差分ADC或者非差分ADC的分辨率。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，r0大于電阻式傳感器Rx的測量量程所對應(yīng)的電阻值。
全文摘要
本發(fā)明涉及模擬電路技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種ADC前端電路，包括待測量的電阻式傳感器RX、已知的電阻R0以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，所述電阻式傳感器RX的兩端連接ADC的輸入端，所述電阻R0的兩端連接所述ADC的參考端。本發(fā)明還提供了已知利用該ADC前端電路測量電阻的方法。由于本發(fā)明的電路中，電阻式傳感器的電阻僅與其中一個已知電阻的精度相關(guān)，而與其它因素均無關(guān)，因此，電阻值的測量誤差小，精度高，從而使得從電阻式傳感器輸出的模擬值轉(zhuǎn)化到ADC輸出的數(shù)字量的過程中，所造成的失真很小。
文檔編號G01R27/02GK102904575SQ20121035218
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者馬瑞 申請人:青海聚合熱力有限責(zé)任公司